水的硬度引起的危害及其软化

李颖梅　周向辉

中图分类号：P342+.4 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2009）04-054-01

摘要：随着科学技术的迅猛发展，极大地推动了当代工业高速发展，渐渐改善人类生活条件的同时，水资源也遭受着严重的污染，水中钙、镁等有害离子的严重超标，不仅危害着人体健康，而且危害着工业生产及涉水性日常生活。如何降低水中钙，镁离子的浓度便是我们关心的话题。

关键词：硬水；软水；硬度测定；硬水软化

水的硬度是指水中钙、镁离子的浓度， 水分为软水、硬水，凡不含或含有少量钙、镁离子少的水称为软水，反之称为硬水。水的硬度成分，如果是由碳酸氢钠或碳酸氢镁引起的，系暂时性硬水（煮沸暂时性硬水，分解的碳酸氢钠，生成的不溶性碳酸盐而沉淀，水由硬水变成软水）；如果是由含有钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，系永久性硬水。通过烧煮不能将其除去。在天然水中，远离城市未受污染的雨水、雪水属于软水；泉水、溪水、江河水、水库水，多属于暂时性硬水，部分地下水属于高硬度水。

一、水硬度测定

在一份水样中加入pH=10.0的氨性缓冲溶液和少许铬黑 T 指示剂，铬黑T首先与金属Mg²﹢配位生成MgIn-，溶液呈红色；用 EDTA 标准溶液滴定时， EDTA 先与游离的 Ca²﹢配位，再与Mg²﹢配位；在计量点时，EDTA从MgIn-中 中夺取 Mg²﹢，从而使指示剂游离出来，溶液的颜色由红变为纯蓝，即为终点。当水样中 Mg²﹢极少时，由于 CaIn? 比 MgIn-的显色灵敏度要差很多，往往得不到敏锐的终点。为了提高终点变色的敏锐性，可在 EDTA 标准溶液中加入适量的 Mg?+（在 EDTA 标定前加入，这样就不影响 EDTA 与被测离子之间的滴定定量关系），或在缓冲溶液中加入一定量的 Mg—EDTA盐。

水的总硬度可由 EDTA 标准溶液的浓度 CEDTA 和消耗体积 V（ ml ）来计算。以 CaCO3(mg/L)表示。

CaCO3(mg/L)=［C（EDTA）×V（EDTA）×10－?×M（CaCO3）］×1000／V（L）

中国建设部生活饮用水水源水质标准Ⅰ类≤ 350 Ⅱ类优质水≤ 450 中国生活饮用水国家 标准 ≤ 450 中国建设部饮用净水水质 标准 ≤ 300 中国建设部生活杂用水 标准 ≤ 450

二、硬水的危害

水的总硬度不能过大。如果硬度过大，饮用后对人体健康与日常生活有一定影响。在生活上，水的硬度过高，用来洗涤可使肥皂不起泡沫而造成浪费；用硬水洗衣物易使纺织物纤维变硬发脆而损坏；用硬水洗澡、洗头时有发涩发黏的感觉；用硬水烧豆与肉类不易熟烂；用硬水烧开水易使水壶结垢，浪费燃料1/3以上。在人体健康上，饮用高硬水易使人患暂时性胃肠不适、腹胀、泻肚、排气多，甚至引起肾结石等疾病。不仅如此，水壶与暖水瓶使用一段时间后，其内壁就会结满一层白色的水碱，除大部分为碳酸钙、碳酸镁外、还含有多种有害的汞、镉、铅、砷等元素，如不经常及时清除，反复用来烧水、装水后，有害元素积累越来越多，并能再次溶于水中，当人们饮用后就进入人体，从而引起人体慢性中毒甚至可致癌和致畸，严重危害人体健康。高硬度水中钙镁离子与硫酸根结合，会使水产生苦涩味，还会使人的胃肠功能紊乱，出现暂时性腹胀、排气多、腹泻等现象。我国北方地区饮用硬度高的地下水，所以久居南方的人初到北方的开始一段时间会出现所谓“水土不服”的现象。纺织工业用水硬度过大会导致染色不均匀；锅炉用水硬度高了十分危险,因为锅炉内管道局部过热,易引起管道变形或损坏,严重时还可能引起爆炸。

三、硬水软化方法

工业上常要对硬水进行“软化”处理，硬水的“软化”就是降低硬水中的Ca?+、Mg?+等离子浓度，硬水的软化方法有多种：

1.化学沉降法。对于永久硬水，由于Ca²﹢、Mg²﹢ 以硫酸盐式氯化物的形式存在，煮沸法不能使之软化，要用石灰乳和纯碱来除去Ca²﹢、Mg²﹢等离子。

Mg²﹢ + Ca（OH）2 + +3Na2CO3 →Mg4（0H）2（CO3）↓+ Ca²﹢、+6Na﹢

Ca²﹢ +Na2CO3 → CaCO3 ↓ + 2 Na﹢

也可以用Na3PO4 或Na2HPO4 作沉淀剂，使之与Ca²﹢、Mg²﹢反应生成Ca3（PO）2、Mg3（P0）2，不必过滤，因为沉淀疏松而且稳定，不会生成锅垢，所以带磷酸盐沉淀的水即可送入锅炉使用。

2.离子交换法。目前，许多新型的合成离子交换剂可以用来交换水中的Ca²﹢、Mg²﹢等离子，使水软化，满足工业的要求。人造沸石就是其中之一。人造沸石的主要成分是Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O，可以简写为Na2Z。当硬水通过沸石颗粒时，其中的Na+ 能被水中的Ca²﹢、Mg²﹢取代：

Na2Z + Ca²﹢ ＝ CaZ + 2Na﹢

Na2Z + Mg²﹢ ＝ MgZ + 2Na﹢

结果Ca²﹢、Mg²﹢留在交换剂上，而Na﹢则进入溶液，达到软化水的目的。待交换剂失去软化能力，可将其放置在8%~10%的食盐水中浸泡以恢复软化能力。在日常生活中：如洗面时，可在水中加半杯牛奶或一撮食盐，在一定程度上也除去钙、镁离子。

3.加热法。将水煮沸，并多煮一会时间，可将钙镁离子转化为锅垢除掉，暂时性硬水在一定程度上得到软化。

4.经验法。日常生活中，我们也有简单办法除垢。保温瓶中倒入4%~5%盐酸可将瓶内水垢除去。用鸡蛋壳捏碎放入保温瓶中摇晃也可除去。水壶除垢的方法：

（1）小心将水壶烧到刚刚干涸后，立即浸入凉水，水垢会因受热不均脱落。

（2）在水壶中加入食醋，在火上烧至温热也可除水垢。

（3）新水壶中装半壶山芋，加满水煮熟，不要摩擦内壁，以后使用就不会有垢了。旧水壶用上述方法做一至二次，不仅可以除垢，以后烧水也不会产生水垢。

（4）在水壶中加一撮小苏打，将水烧沸几分钟，可以除垢。

（5）水壶中装一些土豆，加适量水烧沸10分钟。

（6）在壶中放一块洁净的口罩烧水，水垢只沉积在口罩上，水壶上不形成水垢。

（7）在壶中放一块磁铁烧水，不产生水垢。

参考文献：

[1]古国榜，李朴.《无机化学》.化学工业出版社（北京），2007.7

[2]李桂馨等.《分析化学》.人民卫生出版社（北京），2008.1