水质硬度检测及软化

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1、第一部分：水的硬度一、硬水的定义水的硬度是指溶解在水中的盐类物质的含量，即钙盐与镁盐含量的多少。含 量多的硬度大，反之则小。硬度又分为暂时性硬度和永久性硬度。由于水中含有 重碳酸钙与重碳酸镁而形成的硬度，经煮沸后可把硬度去掉，这种硬度称为暂时 性硬度，又叫碳酸盐硬度，水中含硫酸钙和硫酸镁等盐类物质而形成的硬度，经 煮沸后不能去除的硬度，称为永久性硬度。以上两种硬度合称为总硬度。二、硬水的由来当水在大气中凝聚时，它溶解了空气中的二氧化碳，形成了叫做碳酸的弱酸。 该酸最终随雨落到地上，然后流过土壤上部到达岩石层，碳酸溶解了石灰（碳酸 钙和碳酸镁），中和，并同时变硬。硬水有暂时性及永久性之分，暂时硬

2、水通常 关系到钙和镁的碳酸盐和碳酸氢盐，这类结晶可长期存在水中，直到气压或温度 出现变化，使水份变成超饱和，造成沉淀物，附在热表面或粗糙表面上，例如管 道和热交换器内，即形成硬水垢；永久性硬水主要关系到硫酸钙及硫酸镁，是不 会受到热和气压变化影响，但如水份被蒸发，依然会留下并形成硬水垢。三、软硬水的判断1、判断方法软水和硬水的判断，通常必须使用化学分析方法才能决定，无法用肉眼直接 判断。由于硬度离子的碳酸盐都是沉淀的，所以在传统化学上的定量分析中，只 有使用碳酸盐法才能使所有的硬度离子都被沉淀出来。硬度也因此通常以碳酸盐 表示，又因钙硬度占总硬度中绝大部分，因此在国际上特别以碳酸钙（ CaCO

3、3） 的量来表示硬度。但使用碳酸钙（CaCO3）的量来表示硬度，在传统化学上的定 量分析中，其结果可能会有一些操作上的误差，如果能再经过进一步的焙烧处理， 让碳酸钙（CaCO3）变成氧化钙（CaO），就可以更准确获得分析结果。2、表示方法（1）GH：是指水体中所有硬度离子，即钙、镁、铁、锰、铜离子等的浓度，主 要考虑的是金属阳离子。（2）KH：是指酸式碳酸根（HCO3-）的浓度值。因为碳酸氢根是水质中最主要 的缓冲物质，它可以中和水质中任何增加或减少的游离CO2,以及亦能抑制氢离 子的波动，以维持恒定的pH值，因此KH的控制被视为水质管理不可缺的手续。如果KH过低，表示水中天然的缓冲系统已经失

4、去平衡，水质将趋酸性化， 很容易受到中酸性物质的影响，使pH值急遽降低。反之如果KH过高，水质将 趋碱性化，很容易受到中碱性物质的影响，使pH值急遽升高。这些现象势必对 水族生物生长产生不良反应。KH硬度完全针对水质中的阴离子（HCO3-）含 量的表示法，这种表示法是以100ml水中含有lmg的HCO3-称为1度，并标记 为1度KH。它与CaCO3硬度完全针对水质中的阳离子（Mg2+、Ca2+ ）含量表示 法完全不同。至于KH硬度要多少才适当？这个问题并没有一定的答案。因为它 得含量必须与水中的CO2的含量相配好才能决定，而且两者浓度的平衡关系又 深受pH值的影响，使得KH硬度、CO2浓度与p

5、H值三者之间形成三角互动关 系。换句话说，在不同的CO2浓度以及pH值之下，将会有一个最适的对应KH 值。只有KH值被控制在越接近这个最适KH值之下，才能表现出最佳缓冲作用 的能力。不过就一般而言，淡水的KH硬度通常介于5-10度之间，海水则介于 5-12度之间。四、水的硬度对人体健康的影响的硬度的高低与人体的关系极大。高硬度的水中的钙、镁离子能与硫酸根结 合，使水产生苦涩味，还会使人的胃肠功能紊乱，出现暂时的腹胀、排气多、腹 泻等现象。我国北方不少地方饮用硬度较高的地下水，所以久居南方的人初到北 方，开始一段时间会出现所谓“水土不服”的现象，时间长了，胃肠渐渐适应后， 这种现象就会随之消失。

6、但硬水也不是好毫无益处。美、英等国家的一些科学家根据调查发现，人类 的某些血管病，像高血压和动脉硬化性心脏病的死亡率，与饮水的硬度成反比关 系，水的硬度低，死亡率反而高。实验证明，缺镁可引起大白鼠的心肌坏死和心血管内膜钙盐沉积，摄入较多 量的镁可预防胆固醇所引起的动脉粥样硬化。生活在山区的人通常比较健康长寿 除其它各种因素外，和他们长期饮用矿物质含量比较高的山泉水有重要关系。当 然，生活用水的硬度也并非越高越好，硬度太硬的水除了水味不好、对人体健康 不利之外，还会使肥皂大大降低去污能力，会使水壶内生成水垢，而增加的消耗 等。硬度高的水对人毕竟是弊多利少，因此世界各国制定的饮用水质量标准中， 都

7、对硬度作了明确规定。五、水的硬度对水草的影响硬度离子中的钙及镁离子是水草的必要养分（次要营养元素），铁、锰、铜 等离子也是微量营养元素，由此看来，硬度对水草养分的获得，应该具有正面的 助益。但水体中的各种养分如果存在比例不均衡，会发生相互拮抗作用，已知钙 有阻止水草对水分之吸收而有利于养分吸收之作用，适与钾之作用相反，故钙与 钾必须要有适当比例，否则钙与钾之间必会发生拮抗作用，让水草只能吸收钙或 钾，不能吸收钾或钙，对水草的生长一定有极不良的后遗症。硬度对水草的影响， 主要是建立在养分相互之间的拮抗作用，尤其是钙与钾之间的拮抗作用之上。水 草无法生活在GH=O的水中，也不可以生活在硬度极高的水

8、中，所以GH是水 草育成的基本条件，一般以GH介于软水至适度硬水较为适当。作为碳酸根或重碳酸根（HCO3的浓度值KH,不是水草育成的条件本身 对水草生长无太大关系，但它会影响水体的pH值，以及当水草缺乏CO2来源时， 供作光合作用所需要的无机碳源，对水草的育成有密切的关系。因此，水草可以 生活在KH=O的水中（但必须输入CO2及预防pH值过低），也可以生活在KH = 25KH以上的水中（但必须预防pH值过高），不过一般以4-10KH最适当， 因为在这范围之内，水体的 pH 值较为稳定，同时水体也能涵容适当的无机碳源 供水草进行光合作用之用。六、硬水的不利影响1、对人的影响：上面第四项已经介绍了

9、硬水对人的影响，在此就不详说了。2、对纺织、印染业的影响：硬水用于洗涤纺织品时会造成纺织品污点，影响美 观与强度。3、对饮食业的影响：用硬水加工食品，会造成蛋白质沉淀，较难煮熟；在酿酒 中，如果水质较硬，酒浑浊且味道不好。4、对农业的影响：硬水对农药也有影响，它会与乳化剂生成沉淀，降低药效， 甚至产生药害。5、对锅炉的影响：锅炉内结成坚硬的水垢后，锅炉内的水不直接跟炉壁接触， 使热量不能很快被吸收，炉壁温度可达1000C以上，外表会形成易脱落的氧化 膜，发生严重的氧化腐蚀，致使锅炉寿命大大减短。另外当水垢分解时，会放出 大量CO2，使水垢局部爆裂脱落；当炉壁在高温下，一旦有水从缝中渗入，炉壁

10、骤热冷却，就易发生炸裂。硬水还浪费燃料，当锅炉内壁产生 1mm 厚水垢时， 就要多消耗煤碳3%5%。另外，硬水对热交换器也有影响，在交换器管道中， 硬水会产生水垢阻碍水流通、热交换效果差并且容易产生垢而腐蚀管壁，致使管 道穿孔、损坏，物料泄漏等。第二部分：硬度测定原理及方法一、硬度测定原理在测定水硬度时， EDTA 络合滴定法是国际国内规定的标准分析方法，适用 于生活饮用水、锅炉用水、冷却水、地下水及没有严重污染的地表水。下面就详 细说一下这个方法。水的硬度主要是指水中所含的钙镁浓度。而钙离子（Ca2 +）和镁离子（Mg2 + ）能与EDTA形成稳定的络合物，我们只要了解将钙镁离子完全络合的E

11、DTA 的总量，就可以计算出钙镁离子的浓度，从而得到水的硬度。考虑到EDTA受 酸效应的影响，将溶液的pH值控制为10。所以该实验的主要内容就是在pH10 的氨性缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定。由于铬 黑T与Mg2+的络合物较Ca2 +的稳定，如果水样中没有或极少有Mg2+时，终点 变色不够敏锐，这时应加入少量的MgNa2Y溶液，或改用酸性铬蓝K作指示剂。二、主要试剂1、EDTA标准溶液，二；2、氨-氯化铵缓冲溶液（pH=10）；3、铬黑 T 指示剂；4、三乙醇胺。三、实验流程1、取100mL冷却循环水样于锥形瓶中；2、加2mL （1+2）三乙醇胺；3、加入5mL氨-

12、氯化铵缓冲溶液；4、滴取3 5滴铬黑T,此时可见溶液变为紫红色（酒红色）；5、向滴定管中倒入一些EDTA标准溶液，记下溶液下液面的刻度值；6、右手不断摇动锥形瓶，左手控制滴定管缓缓加入EDTA标准溶液；7、溶液颜色接近蓝色时，要慢滴多摇，直至颜色彻底变成蓝色为止；8、记下此时EDTA溶液下液面的刻度值，并用步骤4记下的刻度值减去它取差值，该值便是EDTA溶液消耗的体积。四、计算水样的硬度滴定时消耗的标准溶液的体积， mL；所取水样的体积， mL。五、注意事项1、如果要测定冷冻循环水和软化水的硬度，则用酸性铬蓝K代替铬黑T,其它 实验流程和计算方法不变。2、冷却水的总硬度应控制在12mmol/L

13、以内，如果超过则说明水质不合格。3、这一项与原理没关系，而是语文问题。铬黑T的“铬”经常被我们的工作人员 读成Tu6”，而它的正确发音应该是“gO”。铬（Cr）,原子序数24,原子量51.9961, 属周期系WB族；英文写法是“chromium”，源于希腊文的“chromos”，意思是“颜 色”，因为铬能形成多种颜色的化合物。第三部分：水的软化一、软化设备种类所谓水的软化就是将水的硬度降低，让水软化的设备称为软水机或软化器。目前国内常用的软化水设备主有以下几种类型：1、手动型这种方式是传统的标准方式,主要有顺流和无顶压逆流两种形式。这种软化 水设备主要特点是：流程简单易懂，易于操作，成本低，可

14、以适用于流量很大的 需要；但是技术落后，占地大，运行消耗也大，实际操作时强度较大，盐泵的腐 蚀较重及维护成本高。2、国产组合自动型由于手动设备的使用过于复杂，国内又出现了一种以组合式集成阀为核心的 新型设备。这种设备与传统的手动设备相比，占地小了很多，自动化程度高。但 是由于控制方式采用时间控制，运行时控制精度较低。受设计思路、加工工艺及 材料的限制，目前多数设备采用的平面集成阀容易磨损，一旦磨损后修复的可能 性很小。3、进口全自动型随着工业技术的发展，逐渐发展出与国内多通阀不一样的多路阀和集成阀， 以多路阀为主，主要材料有工程塑料和无铅黄铜两种。由于国外工业技术水平发 展较好，所以这类设备已

15、经发展得相当完善，产品规格从家用的0.2t/h到工业用 70t/h 左右均有，控制器自动化程度高。4、分立阀全自动型分立阀一般是采用进口的全自动隔膜阀或电磁阀，并采用与传统手动方式相 类似的结构，配合专用的全自动控制器（单片机或PLC）来组成软化水设备。全自 动型设备主要用于流量较大的场合，也可以用于传统手动设备的改造，可以在不 改动原设备管路的情况下将传统的手动设备改造成自动化设备。从而降低操作劳 动强度，降低设备消耗。二、软化方法种类1、离子交换法这种方法是目前最常用的标准方式。它采用特定的阳离子交换树脂，用钠离 子将水中的钙镁离子置换出来。由于钠盐的溶解度很高，从而避免了随温度升高 而造

16、成水垢生成的情况。在餐饮、食品、化工、医药等领域、空调、工业循环水 等应用中,也多采用离子交换法对补水进行处理。这种方法的主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟，可以将硬度降至0。采 用这种方式的软化水设备一般也叫做“离子交换器”，由于采用的多为钠离子交换 树脂，所以也多称为钠离子交换器。2、膜分离法纳滤膜（NF）及反渗透膜（RO）均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低 水的硬度。这种方法的特点是：效果明显而稳定，处理后的水适用范围广。但是对进水 压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。一般较少用于专门的软化处理。3、石灰法向水中加入石灰，主要是用于处理大流量的高硬水，只能将硬度降到一定的 范围。三、离子交换法的工作原理由于离子交换