Содержащиеся в водах природных источников соли двухвалентных металлов, в которых имеются катионы кальция - (Са2+), магния - (Mg2+), стронция - (Sr2+), бария - (Ва2+), железа - (Fe2+ и Fe3+), марганца - (Mn2+) именуют общей жёсткостью воды. При этом в природных водах превалирует содержание соединений с кальцием и магнием – сумма концентраций данных элементов значительно больше концентрации всех других представленных частиц и даже их суммарной величины. Поэтому жёсткость общая обычно представляется, как сумма катионов кальция и магния в воде, выраженная в эквивалентных весах.
Известны 2 разновидности понятия жёсткость - временная и постоянная. Первый вид объясняется нахождением в воде гидрокарбонатов кальция Са(НСО3)2 и содержащегося в более незначительных количествах магния Mg(НСО3)2, в редких ситуациях – Fe(НСО3)2. 
Название «временная» определяется тем, что её можно ликвидировать, осуществив нагрев воды до температуры 60 – 100 °С. Бикарбонаты в этой ситуации подвергаются разрушению и превращению в карбонаты нерастворимого типа, которые образуют осадок на стенках поверхности нагрева (накипь).
Са(НСО3)2 → СаСО3↓ + СО2 ↑ + Н2О (1)
Постоянная жёсткость воды объясняется присутствием в ней карбонатов, сульфатов, хлоридов, в редких ситуациях содержанием силикатов, нитратов и фосфатов указанных металлов (Са и Mg).
Кроме представленных видов выделяют также карбонатный и некарбонатный тип жёсткости.
В Российской федерации жёсткость воды определяется, как суммарная концентрация миллимолей частиц кальция и магния, содержащихся в 1 литре воды (ммоль/л). 1 ммоль/л - молекулярное значение массы элементов, которая выражена в мг/л и разделена на валентность. При произведении расчета, получается что 1 ммоль/л равен концентрации в 1 литре воды 20,04 мг/л кальция или 12,1 мг/л магния.
Данные значения верны также и для отменённых на данный момент единицам жёсткости воды: г-экв/л, мг-экв/л, мкг-экв/л, которые в данный до сих пор широко используются в России и странах СНГ1.
Природная вода по показателям общей жёсткости делится на следующие категории:
• воды с низкой жёсткостью (мягкие) - жёсткость 0,5 - 1,0 ммол/л;
• умеренно жесткие воды - 1,0 - 4,0 ммол/л;
• воды с высокой жёсткостью (жесткие) - более чем 4,0 ммол/л.
Критерии качества воды международных стандартов не нормируют жёсткость воды – исключительно единичные значения катионов кальция (Са2+) и магния (Mg2+) в воде.
В таблице ниже рассмотрены единицы измерения жесткости воды в разных странах и их отношение друг к другу:
Примечание:
Единица °Ж в моль/л = 20,04 мг Са2+ или 12,15 Mg2+ в 1 дм3 воды;
°DH = 10 мг СаО на 1 дм3 H2O;
°F = 10 мг СаСО3 на 1 дм3 H2O;
ррm = 1 мг СаСО3 на 1 дм3 H2O;
°Clark = 10 мг СаСО3 на 0,7 дм3 H2O.
Степень жёсткости вод природных источников колеблется в больших диапазонах. Различной жёсткостью характеризуются водоёмы разных типов (проточные, непроточные, в зависимости от источника питания водоёма), а также наблюдаются сезонные колебания жесткости. Самое низкое значение данного показателя выявлено в речной воде в период паводка. 
Показатель жёсткости воды различных речных объектов России при заборе воды в одно и то же время года выглядит так: р. Волга (в границах Саратова) - 5,9 ммоль/л, р. Дон - 5,6 ммоль/л, р. Енисей (г. Красноярск) - 1,3 ммоль/л, р. Нева (СПБ) - 0,5 ммоль/л.
Показатель жёсткости воды в морских водных объектах намного превышает значение жёсткости речной и озёрной воды. Так, к примеру, вода в Чёрном море обладает суммарными показателями жёсткости 65,5 ммоль/л, а усреднённые показатели жёсткости вод Мирового океана имеют значение 130,5 ммоль/л, в т. ч. на Са2+ приходится 22,5 ммоль/л, на Mg2+ - 108 ммоль/л.
Высокое значение показателя «жёсткость» ухудшает органолептические свойства воды - придаёт им горький привкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения.
Повышенные концентрации солей кальция и магниям в воде делают её непригодной для использования во многих технических целях (особенно если в производственном цикле осуществляется нагрев воды). Если паровые котлы на протяжении длительного времени питаются водой с большим показателем жёсткости, на их внутренних поверхностях образуется корка карбонатных отложений. Даже 1 мм слой накипи негативно воздействует на ход теплообмена между стенками котла и теплоносителем, что впоследствии приводит к увеличению потребляемого топлива. Также, карбонатные отложения могут стать причиной появления трещин в змеевиках котла.
Относительно бытового использования: вода с повышенной жесткостью препятствует появлению мыльной пены, усложняет процесс стирки, т.к. содержащиеся в мыле и подверженные гидратации натриевые соли пальмитиновой и стеариновой кислоты, переходят в гидрофобные кальциевые соли. Жёсткая вода усложняет процесс варки продуктов пищевого назначения.
В процессе выработки гипохлорита натрия электролитическим путём жёсткая вода благотворно влияет на появление отложений карбоната кальция на пластинах электролизёра, это снижает период его работы и повышает расходование энергии.
В измерительной системе (измерительные ячейки типа AQC) уровень рН, активного хлора и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) повышенные показатели концентрации солей жёсткости в анализируемой воде также могут привести к образованию осадков на измерительном электроде, что в следствии приведёт к нестабильности измерений или его выходу из строя.
Попадание или образование отложений карбонатов кальция и магния в очистных сооружениях могут вызвать неисправности в их работе.
Осаждение и способность карбонатов растворяться в водных растворах является сложным процессом, зависимым от нескольких величин: водородный показатель воды, концентрация растворенного углекислого газа, наличие карбонат-анионов, наличие ионов Са2+ и Mg2+, наличие иных видов солей и температурных значений. Для того чтобы защитить водопроводные трубы и оборудование от появления карбонатных отложений стоит предусмотреть стабилизационную обработку воды. Необходимость проведения стаб. обработки выявляется исходя из оценки стабильности воды. Стабильность воды же в свою очередь определяется при помощи «карбонатных испытаний». В случае отсутствия анализа исходной воды, стабильность определяется специальными методиками.
Известны различные методики определения стабильности воды: Ланжелье (диаграмма Гувера), Тильманса, Франкуина и Мареко, Галлопэ, Леграна и Пуарье и прочих. Из этих методов наибольшей популярностью пользуется методика Ланжелье. Данная методика регламентирована для использования СНиП 2.04.02-84 в случае отсутствия определённой лабораторным путём стабильности воды по ГОСТ 3313-86.
1. Международная организация стандартов (ISO – ИСО) и Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC –ИЮПАК) в 1973 и в 1975 г. не включили в обнародованные тексты величину «грамм-эквивалент».
Принятый 1 января 2005 г. ГОСТ Р 52029-2003 «Вода. Единица жесткости». ГОСТ относится и к природной, и к питьевой воде. Представленный ГОСТ определил жёсткость воды через комбинацию качеств, объясняемых содержанием в ней щелочноземельных компонентов, в большинстве представленных частицами кальция (Са2+) и магния (Mg2+). В разрез с требованиями ИСО в нём вводится собственная единица меры жёсткости воды – российский градус жёсткости – °Ж, который трактуется как насыщенность щелочноземельного компонента, численно равная его молю в мг/дм3 (г/м3). В случае раздельного выявления содержащихся в пробе частиц щелочноземельных элементов, Жёсткость воды Ж, °Ж, выявляют формулой:
Ж = Σ(Сi/Ciэ),
Сi - насыщенность щелочноземельного компонента в анализируемой воде, мг/дм3 (г/м3);
Ciэ - содержание щелочноземельного компонента, численно равного 1/2 его моля, выраженное в мг/дм3 (г/м3).
Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции показателя «Жесткость» для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman. Мы разработаем для Вас оптимальную технологическую схему очистки воды.
