淺談水質檢測中水硬度測定方法

摘要：檢測并解析貴州部分區域的自來水硬度，防治由于水硬度所導致的疾病，保障市民生活自來水安全。方法：在貴州部分區域，隨機抽取城市自來水和直接飲用水樣品進行測定。結果：貴州省安順市打紙村、和興村、下坪組、貓洞組、隆鑫村、隆興、平寨村、青杠村自來水的硬度在450 mg/L以下，不符合國家規定。城市的直飲水硬度值偏低，長時間飲用可提高其發病概率。

關鍵詞：生活飲用水；水硬度；居民健康1水硬度測定的意義

水的硬度是由鈣、鎂、鐵、鋅等元素所構成的多價或二價金屬離子所占的總量。在自然水體中，鈣、鎂等元素是構成其硬度的重要離子。水質的總體硬度是由碳酸鹽、氯化物、硝酸鹽等組成。分為暫時硬度和永久硬度，是由氯化鈣、硫酸鎂、氯化鎂、硫酸鎂確定。水中Ca2+、Mg2+以酸式碳酸鹽形式存在的部分，因其遇熱即形成碳酸鹽沉淀而被除去，稱之為暫時硬度；而以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在的部分，因其性質比較穩定，不能夠通過加熱的方式除去，故被稱為永久硬度。有兩個常用的方式來表示硬度：一個是以mg/L或μg/L的氧化鈣含量為單位；第二個方法是用一種叫做“德國度數”的換算單位，1度相當于1 L水中10 mg的CaO。一般情況下，按其硬度可將水分成硬水和軟水兩類。特殊級別：0～4為特軟水，4～8為軟水，8～12為微硬水，12～18為中硬水，18～30為硬水，30～30為極硬水。

水的硬度會影響生產和生活。硬度大的水會導致織物體積增加、顏色織物的色彩變暗，并增加洗滌過程中肥皂的消耗量。純凈水硬度小，沖泡的茶質更好。中等硬度的水可以促進面粉發酵，提高面筋強度，提高面包質量。水硬度在水產養殖中也起著重要作用，會影響水中有機物質的轉化，降低有毒物質的毒性，并影響藻類和蝦的生長。因此，硬度是水質分析的重要指標。

2水硬度測定的方法分類

測定水硬度的方法有很多，包括經典的化學分析法、能量測量、光譜原子吸收、離子色譜等現代分析方法，通過環境監測和分析來衡量地下水和地表水的總體情況。化學分析法是最常見的方法，因為它簡單、方便和準確。

直接電壓法使用選擇性極性鈣離子，通過使用標準曲線法測量鈣離子來測量水的硬度。由于只有一個離子可以單獨測量，因此不可能實現水中鈣和鎂離子的連續分層校準，也不可能實現僅可在實踐中使用的可選電氣。電化學傳感器采用電泳等活性物質，可以快速輕松地測量水的硬度，并且可以實現連續測量。選擇極性鈣離子用作電導率、ag/銀參考極、IDA校準。校準終點根據校準曲線確定。該方法具有高正確率、高精度、簡單且重復良好操作等優點；不需要加工樣品或指標；可以對彩色和濁度樣品進行校準；水中的鈣和鎂離子濃度可以通過校準電壓差來測量，并且可以連續進行校準。

光譜可用于確定光強度元素的濃度。它非常敏感，只能單獨在水中測量鈣和鎂離子，無法輕松快速地確定水的總硬度。此外，需要選擇合適顏色的材料，如酸性鉻藍K、鉻黑T、青醇橙色等。

3實驗

3.1材料

從2021年9月至11月，貴州省部分地區（趙澤旺、立州）隨機采集了家庭飲用水樣本。每個地區收集了一份自來水樣本和一份直接飲用水樣本。

3.2試劑與儀器

試劑：EDTA；pH為10的氨緩沖液；氫氧化鈉；三乙醇胺；鉻黑T（EBT）指數；氧化鋅；鈣指示劑（以上都是分析純）。

儀器：分析天平；50 mL酸式滴定管；容量瓶。

3.3實驗方法

3.3.1水總硬度的測定

準確移取25 mL的試樣放入250 mL錐形瓶中。首先，加入3 mL三乙醇胺，然后加入5 mL緩沖溶液和3～4滴鉻黑T指示劑，充分搖勻。此時溶液應為紫紅色或紫色，pH為10.0±0.1。為了防止產生沉淀，必須不斷搖晃。開始滴定時速應該稍快，最終的速度應該稍微慢一點，并完全搖晃，最好在2～3 s滴定一次，顏色從紫紅色或紫色逐漸轉變為藍色。整個滴定過程應在5 min內完成，記錄消耗EDTA溶液的體積，進行5次平行測試以計算水的總硬度。

3.3.2鈣硬度、鎂硬度的測定

精確測量25 mL樣品并將其放入250 mL錐形瓶中，然后加入幾滴1 mol/L氫氧化鈉溶液，將pH調節至12～13，使鎂離子沉淀為氫氧化鎂。然后再加入幾滴鈣指示劑。再加上EDTA標準溶液，如果溶液從紅色到藍色，即為滴定終點，記錄EDTA的消耗量，平行滴定5次，并計算鈣離子量。鎂離子濃度是通過從鈣和鎂離子總量中減去鈣離子濃度來獲得的。

4結果與分析

自來水硬度分析：由表1可知，打紙村、和興村、下坪組、貓洞組、隆鑫村、隆興、平寨村、青杠村的自來水硬度分別為308、333、295、381、250、365、342和378 mg/L，根據2006年度《生活飲用水衛生標準》，“打紙村”水的鎂質量濃度是214.4 mg/L，“和興村”水的鈣質量濃度是417.0 mg/L，其中鈣、鎂的含量非常高需將其進行軟化，方能使用。長期喝硬度高的水會引起胃腸道內的沉淀，從而引起腹部腫脹、腹瀉、腹痛、惡心等消化系統的不良反應，甚至還會引起結石。下坪組地區和貓洞組自來水的平均鎂硬值分別為24.40和27.30 mg/L。

5討論

飲用水的硬度很高，在燒開水中會形成一層結垢，也會影響口感。如果硬度太低，管道容易遭受腐蝕。目前，就目前的水供應狀況而言，目前的水還沒有達到可以直接喝的程度，今后將長期存在燒水的習慣，有很大的必要。《澳大利亞飲用水指南》建議，飲用水質應以60 mg/L以下為標準。水質比較好，一般在60～200 mg/L。從200 mg/L至500 mg/L，菌體的結垢程度逐步增大。當質量濃度大于500 mg/L時，會引起嚴重的水垢。水庫的硬度較低，這可能與地質和降雨有關。結果顯示，自南北配水項目新增供水以來，北京的飲用水總硬度有所下降。水務公司通常將低硬度地表水、高硬度地下水與家庭飲用水相結合，以降低家庭飲用水的硬度。其次在離開工廠之前在水廠處理飲用水的過程中，反滲透膜、軟化石灰、超納米過濾可以降低飲用水的硬度。但是，由于水廠在運行過程中需要兼顧經濟效益和社會效益，因此，在水質不超過450 mg/L的情況下，很少會采用軟化技術。生活飲用水的硬度是關系到人們身體健康和對其品質感覺的重要因素，因此，不能忽視其問題。

硬水軟化是去除水中鈣、鎂和其他溶性鹽的過程。目前，主要使用以下方法。

離子交換法：是一種專門的陽離子交換樹脂，它是一種在水溶液中以鈉離子取代鈣、鎂等離子的方法。因為鈉鹽的溶解性很好，所以在加入熱水后不會形成沉積。離子交換法可使水中的鈣和鎂離子含量下降，但也會使水中的鈉離子含量升高。因此，對于有高血壓病史的患者，不宜采用離子交換法。

膜分離法：采用納濾和反滲透兩種方法，對水中的鈣鎂離子進行了有效的阻隔，使水的硬度得到了大幅度的下降。此方法具有處理效果顯著、穩定性好、處理后水質適應性強等優點。但是，由于該技術需要很高的壓力，且設備投資和運行費用都很高，在實際應用中并不方便。

石灰法：在水里加生石灰，適用于高硬水、大流量的水。

電磁法：通過在水里施加特定的電場和磁場，使其產生的離子性質發生變化，進而影響鈣、鎂離子在水里的沉淀速率和沉淀過程中的物理化學性質，以防止硬水垢的生成。

加藥法：將一種特殊的防垢劑添加到水里，從而使鈣鎂鹽和碳酸鹽離子的鍵合發生變化，因此水垢無法析出和沉積。這種一次性投資小，并且具有大規模的適應性，但當水量較大時，運營成本就會更高。此外，添加化學品會產生大量難以處理的廢物，污染環境。一般不應用于飲用、食品加工、工業生產等方面。

6總結

若是飲用水硬度過高的話，在燒開的過程中，水壺會產生一些水垢，也會影響口感，若是硬度過低的話，則會侵蝕水管。現在的供水還不能滿足人們的飲用需求，而且在相當一段時期內，人們還是會有燒開水的生活習慣，這是一個需要正視的問題。《澳大利亞飲用水指南》指出，低于60 mg/L的水具有腐蝕性；總硬度在60～200 mg/L范圍內為優質水；在200 mg/L到500 mg/L范圍內，細菌的結垢度逐漸增加；如果其含量大于500 mg/L，則會產生較大的水垢。以往的研究發現，長期飲用較硬的水會引起尿路結石。另一項調查顯示，喝水的硬度和患心血管病的幾率成反比。生活飲水的水質硬度受兩個方面的影響：第一，生活飲水的供給源，也就是水源自身的水質硬度。不同區域、不同類型的水源，由于水源的來源及成因不同，其總硬度值也有差異。從水的來源上看，地表水主要是特軟水和軟水，而地下水主要是中硬水。其中，地下水的硬度最大，這可能是因為地下水從地表水滲透進來，流經含有鈣、鎂質的巖石，在水中的一氧化碳和二氧化碳的協同作用下，將更多的離子溶于水，而降水對其的稀釋很小；河流的水質一般不太堅硬，這與地下水與巖石接觸不多，降雨徑流對地下水的沖淡有關；庫區的水源硬度較小，這與其所處的地理位置、降水等因素密切相關。有調查顯示，隨著南水北調工程的實施，北京市城市供水系統得到了補充，城市供水系統中的水質硬度有了一定程度的下降。在水廠中，常采用將硬度小的地表水與硬度大的地下水混合，以達到降低水質硬度的目的。二是水廠在生產過程中對生活飲用水進行預處理。采用反滲透法、石灰軟化法和超濾+納濾膜法等方法，可以有效地減少生活飲用水的硬度。但是，由于水廠在運行過程中需要兼顧經濟效益和社會效益，在水質不超過450 mg/L以上的情況下，很少會采用軟化技術。生活飲用水的硬度是關系到人們身體健康和對其品質感覺的重要因素，因此不能忽視其問題。

總之，貴州省的水質總體狀況是好的，以軟水為主，當水質硬度出現上升的跡象時，應引起足夠的關注，并對其進行深入的分析，不斷強化監督，并采取相應的對策，以保證居民的飲用水質的健康和安全。

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作者簡介：羅吉國，男，貴州安順人，助理工程師，大專，研究方向：礦石化驗分析。