山東省部分地區(qū)生活飲用水水硬度測定分析

劉 麗，賈甜甜，賈曉曉，楊雨萍

（山東協(xié)和學(xué)院，山東濟(jì)南 250109）

水是生命之源，是人體重要的營養(yǎng)素之一，水質(zhì)的好壞與身體健康息息相關(guān)，而水硬度則是衡量水質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一[1]。水硬度是指水中鈣、鎂、鐵等離子的含量多少，通常以Ca2+、Mg2+含量計(jì)算[2]。有研究認(rèn)為攝入硬度較高的水會使人們患腎結(jié)石的概率增加，還會使尿鈣濃度增高[3]。有研究認(rèn)為長期飲用硬度過低的水容易引發(fā)心血管疾病[4]。隨著科技發(fā)展，直飲機(jī)走進(jìn)了千家萬戶，直飲水、凈化水等大多屬于低礦物質(zhì)水[4]。有研究表明低礦物質(zhì)飲用水與心血管疾病、骨質(zhì)生長、蛋白質(zhì)平衡、維生素水平及生殖和發(fā)育等都存在相關(guān)影響[5-10]。若自來水硬度過高，會對生產(chǎn)與生活造成危害。例如，硬水洗過的碗碟有殘漬；熱水器、熱水壺等加熱設(shè)備易結(jié)垢等。本文運(yùn)用EDTA配位滴定法測定了山東省部分地區(qū)生活飲用水水硬度，以此了解山東省部分地區(qū)居民生活飲用水水硬度情況，為相關(guān)部門對居民飲水安全的政策措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2021年9～11月隨機(jī)抽取山東省部分地區(qū)（濟(jì)南、濟(jì)寧、棗莊和日照）生活飲用水水樣，每個地區(qū)各采集自來水與直飲水水樣一份，共采集水樣8份。

1.2 試劑與儀器

試劑：乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）；pH≈10 氨性緩沖溶液；NaOH；三乙醇胺；鉻黑T（EBT）指示劑；氧化鋅；鈣指示劑（以上皆為分析純）。

儀器：分析天平；50 mL酸式滴定管；容量瓶。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 測定方法

采用GB/T 7477—1987標(biāo)準(zhǔn)中EDTA滴定法測定水體中鈣和鎂的總量；采用GB 7476—1987標(biāo)準(zhǔn)中EDTA滴定法進(jìn)行鈣的測定。水硬度按式（1）計(jì)算。

式中：CEDTA為滴定劑EDTA的物質(zhì)的量濃度，mol/L；VEDTA為所消耗滴定劑EDTA的體積，mL；MCaCO3為CaCO3的摩爾質(zhì)量，g/mol；V水樣為水樣的體積，mL。

1.3.2 水總硬度的測定

準(zhǔn)確移取25 mL試樣置于250 mL錐形瓶中，先加入3 mL三乙醇胺，再加入5 mL緩沖溶液和3～4滴鉻黑T指示劑，充分搖勻，此時溶液應(yīng)呈紫紅或紫色，pH值為10.0±0.1，為防止產(chǎn)生沉淀，應(yīng)不斷振搖，開始滴定時速度宜稍快，接近終止時應(yīng)稍慢，并充分振搖，最好每滴間隔2～3 s， 溶液的顏色由紫紅或紫色逐漸轉(zhuǎn)為藍(lán)色[11]。整個滴定過程應(yīng)在5 min內(nèi)完成，記錄消耗EDTA溶液的體積，平行實(shí)驗(yàn)5次，計(jì)算水的總硬度。

1.3.3 鈣硬度、鎂硬度的測定

準(zhǔn)確量取25 mL試樣移置于250 mL錐形瓶中，再向其中加入幾滴1 mol/L的氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH在12～13，使溶液中的鎂離子沉淀為氫氧化鎂，然后加入幾滴鈣指示劑，采用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，若溶液由紅色恰變?yōu)樗{(lán)色時即為滴定終點(diǎn)，記錄EDTA體積的消耗，平行滴定5次，計(jì)算鈣離子的量[11]。鎂離子的含量可通過鈣、鎂離子的總量減去鈣離子的含量得到。

2 結(jié)果與分析

2.1 自來水水硬度分析

由表1可知，濟(jì)南和濟(jì)寧的自來水總硬度分別為459.2 mg/L和598.7 mg/L，按照國家2006年生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[2]，屬于超硬水，尤其是濟(jì)寧的自來水硬度超出國家規(guī)定較多。濟(jì)南的自來水鎂硬度為214.4 mg/L，濟(jì)寧自來水鈣硬度為417.0 mg/L，需要經(jīng)過軟化處理才可以飲用。鈣、鎂元素含量較高，若長期飲用容易在腸胃中產(chǎn)生沉淀析出，出現(xiàn)腹脹、腹瀉、腹痛和惡心等腸胃不適癥狀，嚴(yán)重者會導(dǎo)致結(jié)石[3]。棗莊和日照的自來水總硬度分別為296.8 mg/L和107.2 mg/L，符合國家水硬度規(guī)定，可以直接飲。日照地區(qū)和棗莊地區(qū)自來水的鎂硬均值分別為27.30 mg/L和24.40 mg/L，相差 較小。

2.2 直飲水水硬度分析

由表2可知，濟(jì)南、濟(jì)寧和棗莊的直飲水的鈣硬、鎂硬及總硬度均低于最低可接受水平為25 mg/L、 10 mg/L和100 mg/L[12]，長期飲用會增加患糖尿病、心臟病的概率。結(jié)合表1與表2內(nèi)容，日照直飲水與自來水相比，總硬度相差不大。日照地區(qū)直飲水的總硬度、鈣硬度及鎂硬度分別為100 mg/L、76.00 mg/L 和24.00 mg/L，達(dá)到建議最低可接受水平。

表1 自來水水硬度測定結(jié)果

表2 直飲水水硬度測定結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

濟(jì)寧地區(qū)所測水硬度較高，為598.7 mg/L，這主要是濟(jì)寧地區(qū)的自來水是深層地下水，無污染，其中所含礦物質(zhì)較多。直飲水是通過反滲透技術(shù)對自來水進(jìn)行處理，不僅除去水中的細(xì)菌、病毒，而且絕大部分無機(jī)鹽等物質(zhì)也會被濾掉，故通過實(shí)驗(yàn)測得濟(jì)寧和棗莊地區(qū)直飲水的水硬度都較小。

3.2 硬水的軟化

硬水的軟化就是將水中的鈣、鎂等可溶性鹽除去的過程。目前，主要有以下幾種方法。

①離子交換法：采用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來。由于鈉鹽的溶解度很高，水加熱后不會再生成水垢。離子交換法雖然降低了水中鈣、鎂離子的濃度，但同時會升高鈉離子的濃度，患有高血壓的人群不宜使用。②膜分離法：納濾膜及反滲透膜均可以攔截水中的鈣鎂離子，從而從根本上降低水的硬度。其特點(diǎn)是效果明顯而穩(wěn)定，處理后的水適用范圍廣；但對進(jìn)水壓力有較高要求，設(shè)備投資、運(yùn)行成本都較高，不易推廣。③石灰法：向水中加入石灰，主要用于處理大流量的高硬水，但只能將硬度降到一定的范圍。④電磁法：采用在水中加上一定的電場或磁場來改變離子的特性，從而改變碳酸鈣（碳酸鎂）沉積的速度及沉積時的物理特性來阻止硬水垢的形成。⑤加藥法：向水中加入專用的阻垢劑，可以改變鈣鎂離子與碳酸根離子結(jié)合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。其特點(diǎn)是一次性投入較少，適應(yīng)性廣，但水量較大時，運(yùn)行成本偏高。此外，由于加入了化學(xué)物質(zhì)，會產(chǎn)生大量不易處理的廢棄物，會對環(huán)境造成污染且步驟煩瑣，一般不應(yīng)用于飲用、食品加工、工業(yè)生產(chǎn)等方面。

3.3 結(jié)論

綜上所述，水硬度的高低與居民身體健康息息相關(guān)。濟(jì)南、濟(jì)寧自來水水硬度屬于超硬水，不能直接飲用；棗莊自來水符合國家規(guī)定，日照的自來水屬于軟水。濟(jì)南、濟(jì)寧、棗莊直飲水硬度均屬于軟水，且鈣鎂離子含量較低，長期飲用會增加糖尿病、心臟病的風(fēng)險(xiǎn)。