高校飲用水硬度測(cè)定及改善方法研究

蔣立英，仇 凡

（江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院，江蘇 鹽城 224005）

高校飲用水硬度測(cè)定及改善方法研究

蔣立英，仇 凡

（江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院，江蘇 鹽城 224005）

主要采用EDTA配位滴定法測(cè)定3所高校校園內(nèi)幾種不同區(qū)域的生活用水，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析。與我國(guó)《生活飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的總硬度（以碳酸鈣計(jì)）450mg/L相比，校園內(nèi)教學(xué)區(qū)、公寓、食堂等地的生活用水硬度均小于450 mg/L，符合我國(guó)生活用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)高校不同區(qū)域提出了改善水硬度的一些方法。

高校；飲用水硬度；測(cè)定；軟化

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的提高，人們健康意識(shí)不斷增強(qiáng)，對(duì)與生活息息相關(guān)的生活用水的水質(zhì)越來(lái)越關(guān)注。許多文獻(xiàn)報(bào)道，長(zhǎng)期飲用高硬度的水，會(huì)使人的身體機(jī)能尤其胃腸功能發(fā)生紊亂，出現(xiàn)腸胃不適、腹脹、腹瀉等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可引起腎結(jié)石等疾病。美國(guó)流行病學(xué)調(diào)查也已證實(shí)，水的硬度與心血管疾病的發(fā)病率在統(tǒng)計(jì)學(xué)上呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。鹽城是結(jié)石病、胃病高發(fā)區(qū)，但這是否與當(dāng)?shù)厮|(zhì)的硬度有關(guān)，目前尚無(wú)定論，需要更多數(shù)據(jù)提供支持。

水的硬度是衡量水質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，水的硬度是指水中各種可溶性鈣鹽和鎂鹽的含量。水硬度包括暫時(shí)硬度和永久硬度：以碳酸鹽形成的硬度經(jīng)煮沸后可以去除掉，稱為暫時(shí)硬度；以硫酸鹽等形式存在的硬度稱為永久硬度。硬度的表示方法各國(guó)不統(tǒng)一，我國(guó)《生活飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定總硬度（以CaCO3計(jì)）標(biāo)準(zhǔn)為450mg/L。世界衛(wèi)生組織在《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中的建議分類標(biāo)準(zhǔn)如下：總硬度（CaCO3值）在 0～60 mg/L為軟水；60～120 mg/L為中等硬度水；120～180 mg/L為硬水；總硬度≥180 mg/L為高硬度水。世界衛(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:最適宜飲用的水中鈣離子的含量為75～200 mg/L，鎂離子的含量為30～150 mg/L，鈣離子引起的鈣硬度和鎂離子引起的鎂硬度比例要適中，接近于人體內(nèi)鈣離子與鎂離子的比例3:1，這樣的水才有利于人體的吸收，適合飲用。

高校是人口密集的地方，大多為18～22歲的青年學(xué)生，是祖國(guó)的棟梁和未來(lái)，水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響學(xué)生的身心健康。目前，有關(guān)高校水體硬度現(xiàn)狀分析的文獻(xiàn)報(bào)道極少，有必要對(duì)此進(jìn)行深入研究。在水硬度測(cè)定的滴定方法中，由于絡(luò)合反應(yīng)速率較慢，滴定時(shí)滴加速度不宜過(guò)快，特別是臨近終點(diǎn)時(shí)，應(yīng)充分振搖緩慢滴定，EDTA配位滴定法原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，更適合多樣本水硬度的測(cè)定?，F(xiàn)對(duì)鹽城3所高校幾處不同區(qū)域的生活用水，采用EDTA配位滴定法，測(cè)定水樣中鈣離子和鎂離子的含量。通過(guò)幾處生活用水的硬度與《生活飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》比較，探究其對(duì)人體健康、日常生活以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的影響。

1 儀器與試劑

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

分析天平1臺(tái)(精度0．1 mg);臺(tái)秤1臺(tái)；稱量瓶1只;50 mL的酸堿兩用滴定管 1支;250 mL的錐形瓶4個(gè);250 mL的容量瓶15只；25 mL的移液管6支；50mL的移液管2支;表面皿若干;50 mL的燒杯3個(gè);500 mL的燒杯2個(gè);10 mL的量筒3支;試劑瓶250 mL的容量瓶若干。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）；氧化鋅基準(zhǔn)試劑（ZnO）；待測(cè)水樣;約 0.02 mol·L－1的 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液(待標(biāo)定)；NH3－ NH4Cl緩沖溶液；濃氨水；酒石酸鉀；10% 的 NaOH 溶液;1∶1 的 HCl溶液;200g·L－1的三乙醇胺溶液；20g·L－1硫化鈉溶液；鈣指示劑；甲基紅、鉻黑T指示劑。

2 過(guò)程與結(jié)果

2.1 水樣的采集

洗滌干凈的250ml容量瓶分別采集鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、鹽城衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院、鹽城師范學(xué)校3所高校公寓樓生水和燒開(kāi)的涼水，教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室、食堂餐廳自來(lái)水共15份水樣。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑的配制

NH3－NH4Cl緩沖溶液(pH 值=10):稱取54g氯化銨，溶于水中，加入350 mL氨水稀釋至1L。

鉻黑 T指示劑：稱取0.50g鉻黑 T和4.5g鹽酸羥胺溶于乙醇中，用乙醇稀釋至100mL，儲(chǔ)存于棕色瓶中。

稀鹽酸：鹽酸與蒸餾水等體積混合。

氨試液：市售濃氨水與蒸餾水體積比1:2混合而成。

2.3 0.02mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定

用托盤天平稱取分析純EDTA 8.0g溶于300mL溫?zé)峒兓校眯轮频恼麴s水稀釋至1000 mL，冷卻后移入聚乙烯塑料瓶中，待標(biāo)定，供后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

精密稱取800℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)氧化鋅約0.4g，滴加稀鹽酸4mL使其完全溶解，定量轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度線、搖勻。

用25mL移液管移取上述容量瓶中溶液至250mL錐形瓶中，加入0.025%甲基紅的乙醇溶液1滴，用氨試液中和溶液中剩余的鹽酸至溶液由紅變黃即可。加入20mL純化水、10mL pH=10的氨-氯化銨緩沖溶液、液態(tài)鉻黑T指示劑5滴，用配制好的EDTA溶液滴定至溶液由紫紅色呈現(xiàn)出持續(xù)純藍(lán)色即為終點(diǎn)，并用空白試液校正，平行測(cè)定3份。

EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度計(jì)算公式：

EDTA溶液濃度標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 EDTA溶液的標(biāo)定結(jié)果

2.4 生活用水硬度的測(cè)定

2.4.1 水樣1的總硬度測(cè)定

精密移取100mL的1號(hào)水樣3份分別置于250 mL錐形瓶中，各加pH=10的氨-氯化銨緩沖溶液10mL，液態(tài)鉻黑T指示劑4滴，再加入（1:2）的三乙醇胺和5%酒石酸鉀各5mL，用已標(biāo)定好的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.02moL/L）滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色即達(dá)終點(diǎn)，記錄所耗的EDTA滴定溶液體積V，計(jì)算水的硬度。

水樣1的總硬度測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 水樣1的總硬度

2.4.2 水樣1中鈣、鎂含量測(cè)定

精密移取100ml的1號(hào)水樣3份分別置于250 mL錐形瓶中，各加入（1:2）的三乙醇胺和5%酒石酸鉀各5mL，再加入40g·L-1NaOH溶液10mL調(diào)節(jié)試液的 pH=12～13，此時(shí) Mg2+形成 Mg（OH）2沉淀被掩蔽起來(lái)而不再與EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)；加鈣指示劑少許（約0.02g），用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定直接滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榧兯{(lán)色，記下EDTA體積V2，計(jì)算水樣中鈣的含量。由Ca2+和Mg2+的總量減去Ca2+的含量，則可求出Mg2+的含量。

Ca2+、Mg2+含量計(jì)算公式

水樣1的鈣、鎂含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水樣1中鈣、鎂含量

2.4.3 用同樣的方法分別檢測(cè)3所校園15個(gè)水樣的總硬度、鈣和鎂含量，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 校園內(nèi)各區(qū)域水樣硬度測(cè)定信息

3 討論與分析

總體上看，通過(guò)EDTA配位滴定法測(cè)定3所高校學(xué)生公寓、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、食堂5處水樣中生活用水硬度，發(fā)現(xiàn)其均小于450 mg/L(以碳酸鈣計(jì))，符合我國(guó)的生活用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其中，教學(xué)樓、公寓生水的生活用水硬度相對(duì)較高，分別為217.32 mg/L、215.11mg/L、218.03mg/L 和 212.03mg/L、210.28mg/L、213.16mg/L。這可能與這3所學(xué)校在鹽城市的城南新區(qū)位置有關(guān)，此處方圓百里無(wú)工業(yè)區(qū)，未產(chǎn)生任何工業(yè)廢水、廢氣等污染。

具體分析發(fā)現(xiàn)，表4中校園里所有生活用水的總硬度＞180 mg/L，按照世界衛(wèi)生組織在《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中的建議分類標(biāo)準(zhǔn)則為高硬度水，需引起注意。由于其鈣離子含量遠(yuǎn)高于鎂離子含量，由此可見(jiàn)水樣的硬度主要來(lái)自鈣鹽，若想降低其硬度，可用碳酸鈉(蘇打)來(lái)使水軟化。

高校里實(shí)驗(yàn)室水硬度分別為200.08mg/L、200.01mg/L、198.76mg/L，雖然比教學(xué)樓、公寓樓低，但因?qū)嶒?yàn)條件要求較高，作為實(shí)驗(yàn)室用水，不適合通過(guò)添加化學(xué)物質(zhì)的方法來(lái)降低水的硬度，應(yīng)采用離子交換法、電滲透法、反滲透法或蒸餾的方法進(jìn)行軟化。

對(duì)于高校食堂餐廳用水，水硬度分別為195.32mg/L、194.31mg/L、196.81mg/L，可直接用于煮飯、做菜，對(duì)食物影響不大。

學(xué)生公寓的涼白開(kāi)水，煮沸后含鈣、鎂離子的酸式碳酸鹽會(huì)變成沉淀而除去，分別由212.03 mg/L降為150.42mg/L、210.28mg/L降為145.31mg/L、213.16mg/L 降為148.76mg/L，水硬度相對(duì)較小。這種水的硬度在120mg/L至160mg/L之間，是最適宜的生活用水。根據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，生水硬度和熟水硬度相差很大。為了身體健康，建議師生飲用燒開(kāi)的水，不要飲用生水。

教學(xué)樓里水的硬度相對(duì)比較高，學(xué)生上課學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)，用水量也大，建議學(xué)校每層樓安裝飲用水處理系統(tǒng)或凈化裝置，可直接飲用冷熱水，為學(xué)生提供安全、衛(wèi)生、健康的飲用水系統(tǒng)。

［1］劉二東，鄭 斌.配位滴定法測(cè)定生活用水的硬度［J］.山東化工，2016，45（17):79-81，83.

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［3］沈永玲，吳泓毅.水硬度的測(cè)定方法［J］.廣州化工，2011，39（20):20-21，45.

［4］李穎梅，周向輝.水的硬度引起的危害及其軟化［J］.魅力中國(guó)，2009，（10）:54．

［5］韋壽蓮，葉澤龍，林澤卯.影響水硬度測(cè)定的若干因素［J］.肇慶學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，30（5）:58-62.

Research on the Testing and Improvement of Drinking Water Hardness in Colleges and Universities

JIANG Li-ying，QIU Fan
（Jiangsu Vocational Medical College，Yancheng 224005，China）

The drinking water in different areas on three campuses has been tested by complex formation titration,and the testingresults are analyzed.Accordingtothe national DrinkingWater QualityStandard，drinkingwater hardness should be less than 450mg/L(CaCO3mg/L).The results indicate that the drinking water in teaching area，apartments and cafeteria meets the standard.And some methods are provided toimprove the water hardness in different areas on campus.

colleges and universities；drinkingwater hardness；testing；softening

O611.5

A

1674-3229（2017）03-0061-03

2017-05-26

2013年江蘇省高等教育教改研究立項(xiàng)課題 （2013JSJG434）；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目（PPZY2015A097）

蔣立英（1971－），女，碩士，江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，研究方向：藥學(xué)實(shí)踐教學(xué)。