山东省部分地区生活饮用水水硬度测定分析

刘 丽，贾甜甜，贾晓晓，杨雨萍

（山东协和学院，山东济南 250109）

水是生命之源，是人体重要的营养素之一，水质的好坏与身体健康息息相关，而水硬度则是衡量水质量的重要标准之一[1]。水硬度是指水中钙、镁、铁等离子的含量多少，通常以Ca2+、Mg2+含量计算[2]。有研究认为摄入硬度较高的水会使人们患肾结石的概率增加，还会使尿钙浓度增高[3]。有研究认为长期饮用硬度过低的水容易引发心血管疾病[4]。随着科技发展，直饮机走进了千家万户，直饮水、净化水等大多属于低矿物质水[4]。有研究表明低矿物质饮用水与心血管疾病、骨质生长、蛋白质平衡、维生素水平及生殖和发育等都存在相关影响[5-10]。若自来水硬度过高，会对生产与生活造成危害。例如，硬水洗过的碗碟有残渍；热水器、热水壶等加热设备易结垢等。本文运用EDTA配位滴定法测定了山东省部分地区生活饮用水水硬度，以此了解山东省部分地区居民生活饮用水水硬度情况，为相关部门对居民饮水安全的政策措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

2021年9～11月随机抽取山东省部分地区（济南、济宁、枣庄和日照）生活饮用水水样，每个地区各采集自来水与直饮水水样一份，共采集水样8份。

1.2 试剂与仪器

试剂：乙二胺四乙酸二钠（EDTA）；pH≈10 氨性缓冲溶液；NaOH；三乙醇胺；铬黑T（EBT）指示剂；氧化锌；钙指示剂（以上皆为分析纯）。

仪器：分析天平；50 mL酸式滴定管；容量瓶。

1.3 实验方法

1.3.1 测定方法

采用GB/T 7477—1987标准中EDTA滴定法测定水体中钙和镁的总量；采用GB 7476—1987标准中EDTA滴定法进行钙的测定。水硬度按式（1）计算。

式中：CEDTA为滴定剂EDTA的物质的量浓度，mol/L；VEDTA为所消耗滴定剂EDTA的体积，mL；MCaCO3为CaCO3的摩尔质量，g/mol；V水样为水样的体积，mL。

1.3.2 水总硬度的测定

准确移取25 mL试样置于250 mL锥形瓶中，先加入3 mL三乙醇胺，再加入5 mL缓冲溶液和3～4滴铬黑T指示剂，充分摇匀，此时溶液应呈紫红或紫色，pH值为10.0±0.1，为防止产生沉淀，应不断振摇，开始滴定时速度宜稍快，接近终止时应稍慢，并充分振摇，最好每滴间隔2～3 s， 溶液的颜色由紫红或紫色逐渐转为蓝色[11]。整个滴定过程应在5 min内完成，记录消耗EDTA溶液的体积，平行实验5次，计算水的总硬度。

1.3.3 钙硬度、镁硬度的测定

准确量取25 mL试样移置于250 mL锥形瓶中，再向其中加入几滴1 mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH在12～13，使溶液中的镁离子沉淀为氢氧化镁，然后加入几滴钙指示剂，采用EDTA标准溶液进行滴定，若溶液由红色恰变为蓝色时即为滴定终点，记录EDTA体积的消耗，平行滴定5次，计算钙离子的量[11]。镁离子的含量可通过钙、镁离子的总量减去钙离子的含量得到。

2 结果与分析

2.1 自来水水硬度分析

由表1可知，济南和济宁的自来水总硬度分别为459.2 mg/L和598.7 mg/L，按照国家2006年生活饮用水卫生标准[2]，属于超硬水，尤其是济宁的自来水硬度超出国家规定较多。济南的自来水镁硬度为214.4 mg/L，济宁自来水钙硬度为417.0 mg/L，需要经过软化处理才可以饮用。钙、镁元素含量较高，若长期饮用容易在肠胃中产生沉淀析出，出现腹胀、腹泻、腹痛和恶心等肠胃不适症状，严重者会导致结石[3]。枣庄和日照的自来水总硬度分别为296.8 mg/L和107.2 mg/L，符合国家水硬度规定，可以直接饮。日照地区和枣庄地区自来水的镁硬均值分别为27.30 mg/L和24.40 mg/L，相差 较小。

2.2 直饮水水硬度分析

由表2可知，济南、济宁和枣庄的直饮水的钙硬、镁硬及总硬度均低于最低可接受水平为25 mg/L、 10 mg/L和100 mg/L[12]，长期饮用会增加患糖尿病、心脏病的概率。结合表1与表2内容，日照直饮水与自来水相比，总硬度相差不大。日照地区直饮水的总硬度、钙硬度及镁硬度分别为100 mg/L、76.00 mg/L 和24.00 mg/L，达到建议最低可接受水平。

表1 自来水水硬度测定结果

表2 直饮水水硬度测定结果

3 结论与讨论

3.1 讨论

济宁地区所测水硬度较高，为598.7 mg/L，这主要是济宁地区的自来水是深层地下水，无污染，其中所含矿物质较多。直饮水是通过反渗透技术对自来水进行处理，不仅除去水中的细菌、病毒，而且绝大部分无机盐等物质也会被滤掉，故通过实验测得济宁和枣庄地区直饮水的水硬度都较小。

3.2 硬水的软化

硬水的软化就是将水中的钙、镁等可溶性盐除去的过程。目前，主要有以下几种方法。

①离子交换法：采用特定的阳离子交换树脂，以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，水加热后不会再生成水垢。离子交换法虽然降低了水中钙、镁离子的浓度，但同时会升高钠离子的浓度，患有高血压的人群不宜使用。②膜分离法：纳滤膜及反渗透膜均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。其特点是效果明显而稳定，处理后的水适用范围广；但对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高，不易推广。③石灰法：向水中加入石灰，主要用于处理大流量的高硬水，但只能将硬度降到一定的范围。④电磁法：采用在水中加上一定的电场或磁场来改变离子的特性，从而改变碳酸钙（碳酸镁）沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止硬水垢的形成。⑤加药法：向水中加入专用的阻垢剂，可以改变钙镁离子与碳酸根离子结合的特性，从而使水垢不能析出、沉积。其特点是一次性投入较少，适应性广，但水量较大时，运行成本偏高。此外，由于加入了化学物质，会产生大量不易处理的废弃物，会对环境造成污染且步骤烦琐，一般不应用于饮用、食品加工、工业生产等方面。

3.3 结论

综上所述，水硬度的高低与居民身体健康息息相关。济南、济宁自来水水硬度属于超硬水，不能直接饮用；枣庄自来水符合国家规定，日照的自来水属于软水。济南、济宁、枣庄直饮水硬度均属于软水，且钙镁离子含量较低，长期饮用会增加糖尿病、心脏病的风险。