জলের কঠোরতা মূলত ডিভালেন্ট ক্যাটেশনের ঘনত্বের একটি পরিমাপ (প্রধানত Ca²⁺ এবং Mg²⁺, এবং এছাড়াও ছোট পরিমাণ Sr²⁺, Ba²⁺ এবং Fe²⁺ সহ)।
জল রসায়ন এবং প্রকৌশল চিকিত্সা, কঠোরতা অস্থায়ী কঠোরতা এবং স্থায়ী কঠোরতা মধ্যে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়. অস্থায়ী কঠোরতা হল পানিতে বাইকার্বোনেট (HCO₃⁻) এবং কার্বনেট (CO₃²⁻) এর সাথে আবদ্ধ ক্যালসিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়াম আয়নের ঘনত্ব। যেহেতু প্রাকৃতিক পানির pH সাধারণত 8.3 এর নিচে থাকে, তাই এটি প্রধানত বাইকার্বোনেট (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂) আকারে বিদ্যমান।
যখন জল 60-70 ডিগ্রির উপরে উত্তপ্ত হয়, তখন একটি তাপ পচন প্রতিক্রিয়া দেখা দেয়, কার্বনেটগুলিকে উত্তপ্ত করে:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (মধ্যবর্তী পণ্য, আরও হাইড্রোলাইজ করা Mg(OH)₂)
এর তাত্ত্বিক সর্বোচ্চ মান পানির মোট ক্ষারত্ব (প্রধানত HCO₃⁻) দ্বারা সীমাবদ্ধ। যখন মোট কঠোরতা > মোট ক্ষারত্ব, কার্বনেট কঠোরতা=মোট ক্ষারত্ব। এটি জলের ভারসাম্য গণনার মূল বিষয়।
স্থায়ী কঠোরতা হল একটি লবণ যা ক্যালসিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম এবং শক্তিশালী অ্যাসিড আয়ন যেমন সালফেট (SO₄²⁻), ক্লোরাইড (Cl⁻), এবং নাইট্রেট (NO₃⁻) (যেমন, CaSO₄, MgCl₂) এর সংমিশ্রণে গঠিত হয়।
এই লবণগুলির উচ্চ দ্রবণীয়তা রয়েছে (যেমন, CaSO₄ দ্রবণীয়তা 25 ডিগ্রিতে প্রায় 2.1 g/L), এবং ফুটানোর পরে কার্বনেট অবক্ষয় তৈরি করে না, তাই শব্দটি "স্থায়ী"। যাইহোক, উচ্চ তাপমাত্রা এবং চাপে (যেমন বয়লারে), তাদের দ্রবণীয়তা বিপরীত হয়ে যায় (ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে হ্রাস পায়), একটি শক্ত, ঘন ক্যালসিয়াম সালফেট স্কেল তৈরি করে, যা আরও ক্ষতিকারক।
আন্তর্জাতিকভাবে, mg/L CaCO₃ (ক্যালসিয়াম কার্বনেট হিসাবে গণনা করা হয়) গণনা এবং তুলনার সহজতার জন্য প্রমিত একক হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
WHO এর *পানীয়ের জন্য নির্দেশিকা-জলের গুণমান* একটি বাধ্যতামূলক কঠোরতার সীমা নির্ধারণ করে না, তবে নির্দেশ করে যে আদর্শ পরিসীমা 60-120 mg/L হতে পারে, এবং অত্যধিক কম কঠোরতার ক্ষয় ঝুঁকির উপর জোর দেয় (<30 mg/L).
চীনের *পানীয় জলের গুণমানের জন্য মান* 450 mg/L এর কঠোরতা সীমা নির্ধারণ করে (সংবেদনশীল বিবেচনা এবং জলের-উপকরণ ব্যবহার করার উপর ভিত্তি করে)।
মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের বেশিরভাগ জল কোম্পানি 150-200 মিলিগ্রাম/লির নীচে কঠোরতা সুপারিশ করে।
ক্যালসিয়াম কঠোরতা বনাম ম্যাগনেসিয়াম কঠোরতা
Ca²⁺ এর 1 mmol/L CaCO₃ হিসাবে 100 mg/L অবদান রাখে, যখন 1 mmol/L Mg²⁺ CaCO₃ হিসাবে 122 mg/L অবদান রাখে। এর মানে হল যে একই ভর ঘনত্বে, ম্যাগনেসিয়াম আয়নগুলি উচ্চতর মোলার কঠোরতা অবদান রাখে।
ক্যালসিয়াম কার্বনেট (CaCO₃) স্কেল ঘন এবং শক্ত, সাধারণত গরম পানির পাইপে পাওয়া যায়। ম্যাগনেসিয়াম হাইড্রোক্সাইড (Mg(OH)₂) বা ম্যাগনেসিয়াম সিলিকেট স্কেল শিথিল এবং পিচ্ছিল, কিন্তু উচ্চ তাপমাত্রায় আরও স্থিতিশীল।
Magnesium is an essential element for the human body. Studies have shown a negative correlation between magnesium content in drinking water and cardiovascular disease mortality. The World Health Organization recommends that the magnesium content in drinking water should be >10 mg/L (CaCO₃ ম্যাগনেসিয়াম কঠোরতা হিসাবে প্রায় 41.5 mg/L)।
গবেষণা ইঙ্গিত করে যে ভর অনুপাত 2:1 (Ca:Mg) এর কাছাকাছি জল মানুষের খনিজ বিপাকের জন্য আরও উপকারী হতে পারে এবং প্রাকৃতিক উচ্চ মানের খনিজ জলের অনুপাতের কাছাকাছি।