洗滌用水硬度控制處理方法的研究

胡威威 岳京松

（1.國家家用電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 北京 100176；2.中國家用電器研究院測試技術(shù)研究所 北京 100176）

1 引言

由于長時(shí)間停留在地層中，地下水溶解的鹽類一般很多，特別是鈣和鎂的碳酸鹽。鈣鎂離子的存在對洗滌有很大的影響。在許多國家和地區(qū)，水的硬度對洗滌劑的去污效果影響非常大，水中的二價(jià)以上的金屬雜質(zhì)會(huì)和洗滌劑中的表面活性劑生成金屬鹽，如烷基苯磺酸鈣、脂肪酸鈣等，這不僅增加了洗滌劑的消耗量，而且降低了衣物的洗凈率，令衣物表面顏色暗淡，質(zhì)地粗糙。

我國的水質(zhì)總體硬度表現(xiàn)為北方比南方高，北方水的平均硬度為300mg/L，而南方的水硬度平均為150mg/L。為按照標(biāo)準(zhǔn)對洗衣機(jī)的性能進(jìn)行檢測，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。根據(jù)GB/T 4288-2008《家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)》中洗衣機(jī)用水硬度要求，洗滌用水的硬度為（40~60）mg/L。本文主要論述配制硬度為（40~60）mg/L的洗滌用水的試驗(yàn)方法及注意問題。

2 水制備方法的討論

由于本試驗(yàn)室位于我國北方，經(jīng)測量水硬度一般大于300mg/L。制備硬水前應(yīng)先將水進(jìn)行軟化處理。一般使用的方法為：使自來水通過一個(gè)帶有陰陽離子交換樹脂的柱狀物或反向滲透裝置后獲得。水的硬度主要是由水中的陽離子鈣離子（Ca2+）和鎂離子（Mg2+）構(gòu)成。當(dāng)含有硬度的硬水通過交換器的樹脂層時(shí)，水中的鈣、鎂離子被樹脂吸附，同時(shí)釋放出鈉離子（Na+）,這樣從交換器中流出的水即為去掉了硬度離子的軟化水，當(dāng)樹脂吸附鈣鎂離子達(dá)到一定的飽和度后，其吸附能力減弱，水的硬度會(huì)逐漸增大，此時(shí)需要用較高濃度的氯化鈉（Nacl）溶液通過樹脂，使失效的樹脂重新恢復(fù)為鈉型樹脂。經(jīng)測量，經(jīng)過軟水裝置處理后的水，其硬度值基本為零。

硬水的暫時(shí)硬度由碳酸氫鈣（Ca（HCO3）2）組成。永久硬度的成分是氯化鈣（CaCL2）、硫酸鈣（CaSO4）、氯化鎂（MgCL2）和硫酸鎂（MgSO4）。

采用GB/T 23119-2008中規(guī)定的方法B制備硬水，以硬度為0mg/L的軟水制備0.5mmol/L。按照表1所述的成分進(jìn)行計(jì)算，所需硬水中NaHCO3、MgSO4·7H2O和CaCl2化學(xué)試劑用量如下：

（1）CaCl2用量

1000L×0.37mmol/L×111g/mol=41.07g

（2）MgSO4·7H2O用量

1000L×0.13mmol/L×246.3g/mol=32.02g

（3）NaHCO3用量

1000L×0.67mmol/L×84g/mol=56.28g

3 試驗(yàn)方法

由于試驗(yàn)室的蓄水罐容量并不能十分精確的測量，若不慎將水的硬度超標(biāo)，整個(gè)蓄水罐中的水將被浪費(fèi)，為了確保能夠更加穩(wěn)妥的進(jìn)行試驗(yàn)，選擇添加不同倍數(shù)劑量的藥品進(jìn)行比較，以便得出最佳的劑量，試驗(yàn)方法如下：

藥品：NaHCO3，MgSO4﹒7H2O，無水CaCl2；

儀器：1L燒杯6個(gè)、1L量杯1個(gè)，鑰匙1個(gè)。

將上述的試劑分別放在三個(gè)燒杯中，各加入1L軟水。攪拌使其充分溶解。如圖1所示。

圖1中可看出，NaHCO3、MgSO4·7H2O溶液均為無色透明液體。CaCl2溶液為暗黃色渾濁液體。

將三種試劑按照1:1:1配比添加到需要硬化的軟水中。以配制1L所需硬水為例。添加量與結(jié)果如表2所示。

三種試劑在室溫下靜置24h和48h后，三種試劑按照1:1:1配比添加到需要硬化的軟水中。以配制1L所需硬水為例。（使用試劑前先將溶液進(jìn)行攪拌。經(jīng)過24h后CaCl2溶液產(chǎn)生沉淀。）經(jīng)過24h后添加量與結(jié)果如表3所示，經(jīng)過48h后加量與結(jié)果如表4所示。

以上試驗(yàn)方法均為三種試劑單獨(dú)放置，如果將三種試劑混合，是否會(huì)對試劑的效果產(chǎn)生影響？影響的程度又是多少呢？為了能夠更好的了解，我們進(jìn)行了以下試驗(yàn)：

將三種試劑按照以下三種方式添加到硬度為零的軟水中，添加量的比為1:1000。

方法A：將三種溶液按照1:1:1進(jìn)行混合，混合后加入到軟水中；

（注：CaCl2溶液添加到其他兩種溶液的混合液后迅速產(chǎn)生大量白色沉淀）

方法B：將NaHCO3與MgSO4﹒7H2O兩種溶液按照1:1進(jìn)行混合，加入到軟水中，然后再加入等量的CaCl2溶液；

方法C：三種溶液按照1:1:1的比例分別加入到軟水中。

試驗(yàn)結(jié)果如下表5所示。試劑靜置24h后重復(fù)以上操作，結(jié)果如表6所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

由表2、3可以得出：試劑隨著存放時(shí)間的增長，其效力會(huì)略有減少。表3、表4表明：試劑經(jīng)過24h的靜置后成分已經(jīng)基本穩(wěn)定，隨著時(shí)間的增長，其效力不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化。根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果，我們可以在配制硬水時(shí)對試劑的添加量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，試劑在配制一周后使用效果約為現(xiàn)配試劑的80%左右，所以試劑最好每周更換一次。

根據(jù)表5、6可以得出，溶液的混合對配制硬水的硬度并沒有產(chǎn)生巨大的影響，但是三種溶液混合在一起會(huì)產(chǎn)生大量的白色沉淀，如果長時(shí)間放置，會(huì)結(jié)成水垢，對容器造成損壞，并且不易清洗，所以建議三種試劑分開保存或者為了節(jié)約成本可選擇方法B進(jìn)行配置硬水操作。

5 試驗(yàn)用水配置過程中應(yīng)注意的問題

（1）切勿將三種化學(xué)試劑放置在同一燒杯中溶解。由于CaCl2與NaHCO3和MgSO4﹒7H2O反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，影響儀器的正常使用。

（2）在進(jìn)行配水前，要先對從交換器中流出的軟水的硬度進(jìn)行測量。由于樹脂吸附鈣、鎂離子達(dá)到一定的飽和度后，軟水的硬度值會(huì)有所提高，甚至超過我們所需要的硬度，所以要及時(shí)測量，保證軟水的質(zhì)量，并根據(jù)軟水的硬度值調(diào)節(jié)需要添加試劑的量。

（3）將試劑倒入蓄水罐后，應(yīng)等待十分鐘，并在試驗(yàn)用水出水口處排除水管內(nèi)的存水，然后取100mL水樣，進(jìn)行測量。

6 結(jié)論

本文研究了3種不同試劑量的添加對水的硬度的影響。由于本操作是將軟水硬化，應(yīng)在硬化前對軟水進(jìn)行硬度值的測量，避免因軟水系統(tǒng)出現(xiàn)故障對硬水的配制產(chǎn)生影響。配制硬水時(shí)，建議試劑與軟水配比為0.9:1000，此配比方式較為穩(wěn)妥，可避免因軟水本身有一些硬度或其他原因?qū)е掠捕戎灯撸缓眠M(jìn)行調(diào)整。為了節(jié)約成本，可將NaHCO3與MgSO4﹒7H2O兩種溶液按照1:1進(jìn)行混合，加入到軟水中，然后再加入等量的CaCl2溶液進(jìn)行硬水。此方法可以減少一個(gè)試劑罐。為了保證配出硬水的質(zhì)量，建議所配試劑一周更換一次。

[1] GB/T23119-2008 家用和類似用途電器性能測試中使用的硬水，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009

[2] 《GB/T4288家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)洗滌和漂洗性能測試指南》，7-12，中國質(zhì)檢出版社，2014