از نظر علمی میتوان سختی کل آب را معرف مجموع غلظت کاتیون های 2 ظرفیتی موجود در آب دانست ولی چون غلظت کلسیم و منزیم در آب های طبیعی بسیار بیشتر از یونهای دیگر است از این رو در ادبیات تصفیه آب، مجموع غلظت یونهای کلسیم و منزیم را سختی کل آب می گویند .

میزان شدت سختی آب، به بستر جریان آب در سطح و زیر زمین بستگی دارد. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در طول زمان نیز تغییر پذیر است. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود و کلا ثابت نیستند .

از مزایای آب سخت اینکه دیده شده شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبود می‌یابد اما با وجود فواید آب سخت، سختی بیش از حد آب نیز مضراتی دارد. یکی از این مضرات این است که نوشیدن بیش از حد آب سخت موجب بیماری‌های گوارشی بالخصوص سنگ کلیه است ( بر اساس شواهد و هنوز به طور علمی اثبات نشده است ) بنابراین بیشتر توصیه می‌شود از آب سبک برای شرب استفاده کرد و منیزیم و کلسیم مورد نیاز بدن را از غذاها و یا سبزیجات و میوه جات تهیه نمود. آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه نوشیدنی‌ها می‌شود. دیر پخته شدن و سفتی حبوبات با آب سخت از دیگر عوارض آن است. به علاوه، آب سخت به جداره دیگهای بخار آسیب زده باعث خوردگی و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ‌ها و تأسیسات مرتبط می‌شود. خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون از دیگر اثرات سختی آب است.

امروزه برای کاهش سختی آب روشهای بسیاری وجود دارد از جمله روشهای تبادل یونی با مواد شیمیایی ، آهک زنی ، میدان مغناطیسی ، اسمز معکوس و ... که هرکدام مزایا و معایبی دارد و بسته به نوع استفاده از آب از آنها استفاده میشود .

درجه سختی آب از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌شود. درجه‌بندی شدت میزان سختی آب، استاندارد مشخص ندارد و در نقاط مختلف دنیا متفاوت است . سختی آب با اندازه‌گیری‌های صنعتی و آزمایشگاهی تعیین می‌شود. سختی آب، که هر دو یون‌های Ca⁺² و Mg⁺² را شامل می‌شود، بر حسب میلی‌گرم بر لیتر mg/L یا در یک میلیون ppm بیان می‌شود.

بسیاری از شهرهای کویری ایران که خاک قلیایی (خاکی مملو از فلزات قلیایی خاکی)دارند، از جمله شهرهای قم، زاهدان، گرمسار و سمنان هستند که میزان سختی آب در آنها بالاست، به طوری که در استان‌های سیستان و سمنان، سالانه چندین بار باید پوشالهای کولر را به علت اینکه مقدار فراوانی املاح روی آن رسوب کرده‌است تعویض کرد.

سختی موقت یا سختی بی کربناتی : بیکربنات کلسیم و منیزیم محلول در آب را گویند . سختی موقت  برابر یا کمتر از قلییات کل است ( قلیائیت خاصیتی از آب است که با آن میزان رسوبگذاری آب سنجیده میشود ). در اثر حرارت دادن میتواند از بین برود . درواقع املاح بیکربنات کلسیم و منیزیم در اثر داغ شدن آب از حالت محلول به حالت غیر محلول درمی آیند و رسوب میکنند که باعث بوجود امدن رسوبات در دیواره میشوند .

به عنوان مثال بیکربنات کلسیم محلول در آب در اثر گرما به رسوب کربنات کلسیم تبدیل میشود .

nH_²O + Ca(HCO₃)_² ---------->  CO_² ↑ + (n+1)H_²O + CaCO₃ ↓

رایطه فوق نشان میدهد اگر در n مول آب ، 1 مول بیکربنات کلسیم باشد در اثر حرارت دیدن آب ، بیکربنات کلسیم موجود در آب تجزیه شده و رسوب کربنات کلسیم و گاز CO_² تولید میشود . دقت کنید که در اینجا لازم نیست آب حتما تبخیر شود تا فرایند تجزیه آغاز شود بلکه در اثر گرم شدن آب از حدود دمای 30 درجه سانتی گراد به بالا ، بیکربنات کم کم شروع به تجزیه کرده به طوری که در دمای 70 درجه ممکن است کاملا تجزیه شود .

سختی دایم یا سختی کربناتی : آن قسمت از سختی که در اثر حرارت دادن تجزیه نمیشود و از نظر علمی آن قسمت از سختی آب است که به صورت نمکهای غیر کربناتی مثل سولفات ، کلراید و یا نیترات میباشد . سختی دایم برابر با اختلاف سختی کل و قلییات کل میباشد .

سختی دایم بر سختی موقت ترجیح دارد زیرا سختی موقت در زمان یا محل نامناسب به خاطر افزایش دما ، تولید رسوب کربنات کلسیم و منیزیم و نیز گاز دی اکسید کربن نماید که وجود این گاز خود باعث مشود که کنترل PH محیط ، مشکل شود . همچنین مشخص شد که جوشاندن آب تنها مقدار کمی در سختی آب تغییر ایجاد میکند و اصولا نمیتوان برای پایین اوردن سختی به جوشاندن آب روی اورد .

سختی آب را میتوان با روش تیتراسیون و یا آنالیز آب تعیین کرد . اهمیت حذف سختی آب در سیستم های صنعتی که حجم آب مصرفی زیادی دارند بسیار بالاست چرا که سختی ریشه اصلی ایجاد رسوب در سیستم هاست و باعث پایین اوردن بازدهی و فرسودگی زودهنگام سیستم ها خواهد شد .

 منابع : کتاب اصول تصفیه آب از دکتر محمد چالکش امیری و ویکی پدیا