什么是水硬度、水硬度的分类、如何确定水硬度以及软化水的方法

水的硬度是决定其消费特性的最重要标准之一。水硬度会在电器和工业设备的内表面形成不溶解的矿物质沉淀，导致其运行特性恶化。为评估水质，规定了该指标的允许限值。

硬度盐是如何形成的

水是一种万能溶剂。天然水源的组成取决于地形类型。溶解了二氧化碳的水渗入土壤，穿过厚厚的地质岩石（石膏、白云石、方解石），侵蚀它们，富含有机物、矿物物质和金属离子。它们构成了水的总矿化度（TDS).

其中以钙和镁阳离子为主，它们的总值就是水的总硬度。它分为两种类型：

• 临时（碳酸盐）；
• 永久性（非碳酸盐）。

总硬度的计算公式如下：

_赵 = [^Ca2+] + [^Mg2+] = _zk + _znk

碳酸盐硬度是由于碳氢化合物 Ca(_HCO3)2 和 Mg(_HCO3)2.它们很容易从溶液中去除，在沸腾时形成不溶性沉淀。第二种硬度取决于水中可溶性盐的含量，加热后无法去除。要消除永久性硬度，可以使用各种方法，本文稍后将对此进行介绍。

与地下水源不同，地表水中的盐分含量较少，因为它会不断被降水稀释。地表水中的硬度值是可变的。冬季达到最高值，洪水期硬度下降。而在地下水中，这一指标较为稳定。

测量单位

盐浓度以毫克当量/升为单位：1 毫克当量/升 = 20.04 毫克 ^Ca2+ 和 12.16 毫克 ^Mg2+.在国际单位制中，该指标用数字表示，单位是摩尔/盎司。 ^米3 (^{摩尔/立方米}).在我国，使用的是硬度度，1 ºJ = 1 mg-eq/L 或 0.5 mmol/L。

其他国家也使用硬度等级，但数值不同：

• 德国硬度 1dH = 10 毫克/升氧化钙或 7.194 毫克/升氧化镁；
• 法语 1ºfH = 10 毫克/升 _CaCO3;
• 英语 1ºClark = 14.254 毫克/升 _CaCO3;
• 美国 1 gpg = 17.12 毫克/升 _CaCO3.

要换算成其他计量单位，使用另一个美式单位--PPM（PPM）更为方便，它等于 1 mg/L _CaCO3.因此：

• 1ºdH = 17.9 ppm；
• 1ºfH = 10.0 ppm；
• 1ºClark = 14.25 ppm；
• 1º gpg = 17.1 ppm；
• 1ºÆ = 50.05 ppm。

要将 ppm 换算成我们方便使用的 ºÆ 硬度，我们可以使用转换器。度数之间的转换可以使用刻度：

1 ºJ = 2.804 ºdH = 3.5 ºClark = 5.005 ºfH = 2.924 gpg = 50.05ppm。

硬度标准

根据总硬度参数对水进行区分：

• 软 - 高达 4 ºJ；
• 中等硬度 - 4 至 8 ºJ；
• 硬水 - 超过 8 ºJ。

俄罗斯的自然条件多种多样，因此不可能为所有地区制定统一的硬度标准。最高允许浓度（MPC） ^Ca2+ 因当地条件不同，差异很大。

不过，饮用水标准与世界卫生组织（WHO）的规定差别不大。作为一项国家标准，GOST 31954-2012 自 2014 年 1 月 1 日起在我国生效。该标准考虑了有关水质和分析方法的主要国际规范。该标准适用于所有地下水源和地表水源。

表 1.饮用水中钙和镁浓度的标准值

水的成分由硬度等级决定，具体取决于用途：

• 自来水的可接受值 - 300 ppm 或 6 ºJ；
• 天然水体的最佳值为 400 ppm 或 8 ºJ 以内；
• 最大允许硬度水平为 500 ppm，10 ºJ；
• 危及生命的盐浓度 - 超过 500 ppm，> 10 ºJ。

对发电厂供热锅炉用水的要求尤为严格--总硬度指标不能超过 0.05-0.1 mg-eq/l。

如何在家计算硬度

硬度的增加不会通过任何外部迹象（气味、颜色、稠度）表现出来。它表现在

• 在水壶底部形成水垢；
• 洗涤剂起泡性差；
• 浴室的淋浴喷头上有白色条纹。

只有通过分析才能知道水的确切成分。但在家里，有一种简单的方法可以测定自来水的硬度，误差很小，只有 1-2 度。

实验需要：一块洗衣皂、少量蒸馏水、电子秤、一个容器、一个圆柱形玻璃杯、一把尺子。

1. 将 1 克洗衣皂磨碎，溶于 3-4 汤匙微热的蒸馏水中。如果手边没有厨房秤，可以用眼睛观察--半茶匙不带顶。
2. 将蒸馏水倒入装有肥皂溶液的玻璃杯中，使液柱的高度与肥皂条上标明的脂肪酸 百分比一致。如果是 72%，水柱的高度应距离烧杯底部 72 毫米，但不应距离桌面表面 72 毫米。
3. 在容器中倒入 0.5 升自来水，然后轻轻搅拌，将肥皂溶液细细地倒入其中。首先，水中会出现薄片和气泡，然后是持续的白色泡沫。这表明所有盐分都已结合在一起。

计算溢入容器的水柱厘米数，可以用原来的高度减去剩余肥皂溶液的高度：

_hn= _嗨 – 吓声,

在哪里？

• _hn - 溢出溶液柱的高度；
• _һi - 初始皂液的水柱高度；
• _吓声 - 残留皂液柱的高度。

倒入容器中的每厘米溶液相当于 2dH.该值与德国的硬度单位一致。例如 4.6 厘米 从烧杯中倒入，相当于 9.2 dH.

您可以使用该表将得到的结果转换成毫克当量/升，以及 a 计算器获取准确结果。

使用 TDS-3 等电子测试仪可以获得更准确的结果。它们可以分析水的硬度和酸度，在屏幕上以 RRM 或 pH 显示结果。您可以使用计算器将 RRM 单位转换为 ºJ。

如果您想对井水或钻孔水进行详细分析，可以使用 "Well-1 "套件。

确定水质的另一个简单而廉价的方法是试纸。

水的影响

关于人体

迄今为止，还没有严肃的研究证实硬水对生物体有害。但众所周知，长期饮用硬度增加的水会导致泌尿系统结石。人体没有时间排出多余的微量元素，从而导致尿路结石、肾结石和关节沉积物的出现。

水质对卫生也很重要。肥皂会与钙盐和镁盐发生反应，破坏皮肤的保护层，造成刺激或过敏。头发会变得干枯易断。

同时，钙和镁也是人类生命的重要微量元素：

• 每日钙摄入量为 1000 毫克;
• 镁- 400 毫克。

缺乏这些元素会导致身体严重失调。世卫组织的研究表明，饮用过多的软水会导致体内盐分的流失和水盐平衡的改变。在使用软水的地区

• 心血管疾病增加；
• 儿童骨折数量增加，新生儿体重下降。

世卫组织指出，水中含有盐分应被视为人体正常生命活动的先决条件。

关于技术

硬度盐会给家用电器和工业设备的使用带来很多问题：

太软的水对设备有负面影响，会增加因碱度低而腐蚀管道的风险。因此，有必要保持水盐成分的正确平衡。

软化水的方法

降低硬度的方法有很多种。如何选择取决于最初的水质、用途和使用条件。

热力法

煮沸是消除碳酸盐硬度最简单、最经济实惠的方法。它适用于少量的家庭用水。不过，这种方法并不能消除所有的硬度盐，因此餐具必须除垢。

过滤

不久前，软化水过滤器还是一个令人印象深刻的装置。现代技术和材料使我们有可能制造出结构紧凑的净化系统，它能提供软化水，很容易安装在厨房的水槽下。更换滤芯除了软化水质外，还能去除异味和杂质。正确选择过滤器并及时更换，可确保从自来水、井水或井眼中净化出优质水。现代复杂系统之一是 "Barrier "过滤器。

化学方法

为了沉淀硬度盐，需要在水中添加特殊试剂--消石灰、苏打、聚磷酸盐。这种方法对工业用途很有效。其主要缺点是需要进一步利用废物。经过这种处理的水不适合用于食品目的。

离子交换

通过离子交换树脂进行过滤已成功应用于工业领域。其原理是在装有细粒回填物的柱中用钠离子和氢离子置换碱土金属阳离子。使用食盐溶液对废树脂进行再生。如果水的硬度发生变化，则需要手动调整设置。

物理方法

这些方法基于电渗析、超声波作用和电磁脉冲过程。硬度盐被转化为一种改良状态，在这种状态下，它们不会结晶成固体沉淀，而是形成不稳定的化合物。此外，超声波和电磁波的使用还能促进已有水垢的脱落。

膜法

这种净化方法还有另一个名字--反渗透。水在高压下通过带有微孔的过滤器，完全去除化学杂质、悬浮颗粒和细菌。 获得的水质接近蒸馏水。使用时还需要进行额外的矿化处理。这种方法的缺点是成本较高。

底线

在评估水质时，不仅要考虑硬度水平和形成水垢的可能性，还要考虑腐蚀性。正确的评估可以让您选择一套有效的水处理措施。