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摘 要：本文通过对某市地下供水硬度和暂时硬度的分析，确定了地下水加热水垢大成因。并通过实验确定检测暂时硬度的科学方法。从饮水者对水垢感官性状方面出发，对暂时硬度较高的某水厂提出了低成本降低暂时硬度的方法，具有较高的应用和推广价值。
关键词：地下水；总硬度；暂时硬度；饮用水
地下水受地址背景影响，总硬度往往高于地表水。从饮用者健康的角度出发我国生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）将总硬度规定为小于450mg/L[1]。总硬度主要由水中含有的钙、镁离子组成，铁、锰、锶、铝、锌等溶解盐类也是形成总硬度的组成部分。地下供水由于存在暂时硬度，即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，通常令公众不可接受，从而产生对饮用水质的不满。即使总硬度指标符合国家《生活饮用水卫生标准》要求，烧水形成的沉淀、悬浮和漂浮水垢往往给人带来不愉快的感受。
1 水垢成因分析
1.1 硬度的分析方法
1.1.1 总硬度检测[2]
总硬度的检测用乙二胺四乙酸二钠滴定法。水中的钙、镁离子与铬黑T指示剂形成紫红色螯合物，这些螯合物的不稳定常数大于乙二胺四乙酸钙和镁螯合物的不稳定常数。当pH=10时，乙二胺四乙酸二钠先与钙离子，再与镁离子形成螯合物，滴定至终点时，溶液呈现出铬黑T指示剂的纯蓝色。通过计算滴定用乙二胺四乙酸二钠的量可以计算出水中钙镁离子的含量，以CaCO3计。
1.1.2 暂时硬度检测[3]
暂时硬度即碳酸盐硬度，是总硬度的一部分，钙、镁离子与水中重碳酸盐和少量碳酸盐结合所形成的硬度。当水煮沸时，钙、镁的重碳酸盐分解生成沉淀从而降低水的硬度，可以用煮沸沉淀的方法来清除暂时硬度。根据暂时硬度的定义，为直观掌握暂时硬度含量，通过测定饮用水加热煮沸前后的总硬度差值来计算暂时硬度。其中煮沸过程采用电热板加热，煮沸时间为10 min，检测方法用乙二胺四乙酸二钠滴定法。
1.2水垢成因分析
钙和镁的酸式碳酸盐，即重碳酸盐易溶于水。由于碳酸氢盐对热的不稳定，加热时会分解为碳酸盐、二氧化碳和水。重碳酸钙加热时生成难溶于水的碳酸钙沉淀，镁离子形成难溶于水的氢氧化镁沉淀析出，从而形成水垢。一般地下水中含钙、镁离子含量较高，故水垢的主要成分为碳酸钙沉淀。由于氢氧化镁比碳酸镁更难溶，因此生成的碳酸镁可转化为氢氧化镁。
2 某市地下水硬度分布
为了掌握地下水硬度及其水垢形成差异，本文对某市供水水质进行了取样分析。表1可以看出，地表水总硬度小于地下水，烧水时无水垢产生。地下水由于暂时硬度的存在，烧开后不同程度产生水垢。
地下水厂1的总硬度和烧开后形成水垢情况最为明显，暂时硬度为40mg/L，在实际供水中该区域用户对烧水水垢大的投诉也较为集中。
3 降低硬度及暂时硬度的方法
3.1离子交换法
离子交换法可有效降低水中的硬度，主要通过阳离子交换树脂使水中的钙、镁离子和树脂表面的阳离子进行交换，从而达到降低水中钙镁离子浓度的目的。离子交换法由于处理规模较小一般多用于工业生产，很少能实现大规模的城市供水处理需求。
3.2物理分离法
物理分离法是以离子选择性透过膜或反渗透膜为滤膜，在外加强电场或压力的作用下使膜对水中阴阳离子进行分离的物理水处理方法。电渗析和反渗透技术就是采用物理分离水中钙镁离子的工艺。该方法能耗消耗大，处理成本高，去除水中钙镁离子的同时其他有益离子也被去除。
3.3化学沉淀法
化学沉淀法是利用化学试剂使水中钙、镁离子沉淀，降低硬度的方法。该方法需要投加处理药剂，增加水处理反映和沉淀工艺，处理成本相对较高，可实现大规模生产。化学处理法需要加入化学处理剂，会对饮用水带入沉淀剂等污染隐患。
3.4平衡勾兑发
对于某市供水地下、地表相结合的现状，本文以暂时硬度较高的地下水厂1为研究对象，将距离较近的地表水厂3出厂水和其进行平衡勾兑，实现降低硬度和暂时硬度的目的。当勾兑比大于1：2时，总硬度降为165mg/L，暂时硬度降为11mg/L，烧水时已无明显水垢形成。
4 结论
饮用水中暂时硬度是产生烧水形成水垢的成因，水垢的生成量可通过加热滴定法计算。对于地下水和地表水联合供水的城市，为了降低地下水硬度加热感官性状对用户的影响，可以通过地表和地下水平衡勾兑法降低供水硬度和暂时硬度，达到消除水垢的目的。平衡勾兑法投资、运行管理成本低，既能起到降低硬度减少水垢的目的，又能保留天然水中的矿物质，具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1] 活饮用水卫生标准（GB5749-2006）
[2] 中华人民共和国卫生部.GB/T5750-2006生活饮用水标准检验方法[S].北京：中国标准出版社，2007.
[3] 刘 星，王 炜.水中暂时硬度检测方法适用性研究.广州化工.40卷24期.
作者简介：罗卫国（1977-），男，陕西西安人，汉族，工程师，大学本科，主要从事水质管理工作。
关键词：地下水；总硬度；暂时硬度；饮用水
地下水受地址背景影响，总硬度往往高于地表水。从饮用者健康的角度出发我国生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）将总硬度规定为小于450mg/L[1]。总硬度主要由水中含有的钙、镁离子组成，铁、锰、锶、铝、锌等溶解盐类也是形成总硬度的组成部分。地下供水由于存在暂时硬度，即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，通常令公众不可接受，从而产生对饮用水质的不满。即使总硬度指标符合国家《生活饮用水卫生标准》要求，烧水形成的沉淀、悬浮和漂浮水垢往往给人带来不愉快的感受。
1 水垢成因分析
1.1 硬度的分析方法
1.1.1 总硬度检测[2]
总硬度的检测用乙二胺四乙酸二钠滴定法。水中的钙、镁离子与铬黑T指示剂形成紫红色螯合物，这些螯合物的不稳定常数大于乙二胺四乙酸钙和镁螯合物的不稳定常数。当pH=10时，乙二胺四乙酸二钠先与钙离子，再与镁离子形成螯合物，滴定至终点时，溶液呈现出铬黑T指示剂的纯蓝色。通过计算滴定用乙二胺四乙酸二钠的量可以计算出水中钙镁离子的含量，以CaCO3计。
1.1.2 暂时硬度检测[3]
暂时硬度即碳酸盐硬度，是总硬度的一部分，钙、镁离子与水中重碳酸盐和少量碳酸盐结合所形成的硬度。当水煮沸时，钙、镁的重碳酸盐分解生成沉淀从而降低水的硬度，可以用煮沸沉淀的方法来清除暂时硬度。根据暂时硬度的定义，为直观掌握暂时硬度含量，通过测定饮用水加热煮沸前后的总硬度差值来计算暂时硬度。其中煮沸过程采用电热板加热，煮沸时间为10 min，检测方法用乙二胺四乙酸二钠滴定法。
1.2水垢成因分析
钙和镁的酸式碳酸盐，即重碳酸盐易溶于水。由于碳酸氢盐对热的不稳定，加热时会分解为碳酸盐、二氧化碳和水。重碳酸钙加热时生成难溶于水的碳酸钙沉淀，镁离子形成难溶于水的氢氧化镁沉淀析出，从而形成水垢。一般地下水中含钙、镁离子含量较高，故水垢的主要成分为碳酸钙沉淀。由于氢氧化镁比碳酸镁更难溶，因此生成的碳酸镁可转化为氢氧化镁。
2 某市地下水硬度分布
为了掌握地下水硬度及其水垢形成差异，本文对某市供水水质进行了取样分析。表1可以看出，地表水总硬度小于地下水，烧水时无水垢产生。地下水由于暂时硬度的存在，烧开后不同程度产生水垢。
地下水厂1的总硬度和烧开后形成水垢情况最为明显，暂时硬度为40mg/L，在实际供水中该区域用户对烧水水垢大的投诉也较为集中。
3 降低硬度及暂时硬度的方法
3.1离子交换法
离子交换法可有效降低水中的硬度，主要通过阳离子交换树脂使水中的钙、镁离子和树脂表面的阳离子进行交换，从而达到降低水中钙镁离子浓度的目的。离子交换法由于处理规模较小一般多用于工业生产，很少能实现大规模的城市供水处理需求。
3.2物理分离法
物理分离法是以离子选择性透过膜或反渗透膜为滤膜，在外加强电场或压力的作用下使膜对水中阴阳离子进行分离的物理水处理方法。电渗析和反渗透技术就是采用物理分离水中钙镁离子的工艺。该方法能耗消耗大，处理成本高，去除水中钙镁离子的同时其他有益离子也被去除。
3.3化学沉淀法
化学沉淀法是利用化学试剂使水中钙、镁离子沉淀，降低硬度的方法。该方法需要投加处理药剂，增加水处理反映和沉淀工艺，处理成本相对较高，可实现大规模生产。化学处理法需要加入化学处理剂，会对饮用水带入沉淀剂等污染隐患。
3.4平衡勾兑发
对于某市供水地下、地表相结合的现状，本文以暂时硬度较高的地下水厂1为研究对象，将距离较近的地表水厂3出厂水和其进行平衡勾兑，实现降低硬度和暂时硬度的目的。当勾兑比大于1：2时，总硬度降为165mg/L，暂时硬度降为11mg/L，烧水时已无明显水垢形成。
4 结论
饮用水中暂时硬度是产生烧水形成水垢的成因，水垢的生成量可通过加热滴定法计算。对于地下水和地表水联合供水的城市，为了降低地下水硬度加热感官性状对用户的影响，可以通过地表和地下水平衡勾兑法降低供水硬度和暂时硬度，达到消除水垢的目的。平衡勾兑法投资、运行管理成本低，既能起到降低硬度减少水垢的目的，又能保留天然水中的矿物质，具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1] 活饮用水卫生标准（GB5749-2006）
[2] 中华人民共和国卫生部.GB/T5750-2006生活饮用水标准检验方法[S].北京：中国标准出版社，2007.
[3] 刘 星，王 炜.水中暂时硬度检测方法适用性研究.广州化工.40卷24期.
作者简介：罗卫国（1977-），男，陕西西安人，汉族，工程师，大学本科，主要从事水质管理工作。