水垢的形成及处理方法

Ｓｏｆｔ（ 软） Ｓｌｉｇｈｔｉｙ ｈａｒｄ（ 轻硬度） Ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ ｈａｒｄ（ 中硬度） Ｈａｒｄ（ 高硬度） Ｖｅｒｙ Ｈａｒｄ（ 超强硬度）
０—１７．１ １７．１—６０ ６０—１２０ １２０—１８０ １８０ ＆ｏｖｅｒ
０—１ １—３．５ ３．５—７．０ ７．０—１０．５ １０．５ ＆ｏｖｅｒ
另外在工业用水中， 由于经常要加石 灰或一些腐蚀性品剂， 也会造成水中 ＰＨ 值升高和过度饱和。
２ 硬水的好处
硬水并不对健康造成直接危害。实际 上 根 据 英 国 国 家 研 究 院 （ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｕｍｃｉｌ— ——国 家 科 学 院 ） 的 研 究， 硬水质的饮用水是人们补充钙、镁等成 分的一种重要渠道。进一步的研究指出： 当 某一地区水中钙、镁等矿物质的溶量很高 的时候， 饮用水将成为人们吸收钙、镁等成 分的主要来源。最理想的结果是保存水中 的钙质， 但改变其存在状态（ 分子、晶体结
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水垢的形成及处理方法
钢研院 李晓洁
摘要 下面分述硬水的概念、水垢的成因、硬水带来的困扰和麻烦、硬水的好处以及水处 理的方法。水中硬度的测定， 另外还涉及到几种控制水硬度方法之间的比较， 以及太阳能热力 系统中的水垢防治问题
关键词 水垢 防治 处理
所谓“硬水”是指水中所溶的矿物质成 分多， 尤其是钙和镁。硬水并不对健康造成 直接危害， 但是会给生活带来好多麻烦， 比 如用水器具上结水垢、肥皂和清洁剂的洗 涤效率减低等。
５．３．１ 缓冲溶液（ ＰＨ＝１０） 。 ５．３．２ ＥＤＴＡ 二 钠 标 准 溶 液 ： ≈ １０ｍｍｏｌ／１。 ５．３．３ 钙标准溶液： １０ｍｍｏｌ／１。 ５．３．４ 铬黑 Ｔ 指示剂。 ５．３．５ 氢氧化钠： ２ｍｏｌ／１ 溶液。 ５．３．６ 氰化钠（ ＮＡＣＮ） 。 注意： 氰化钠是剧毒品， 使用和处置时 必须十分谨慎小心， 采取必要的防护。含氰 化钠的溶液不可酸化。 ５．３．７ 三乙醇胺［Ｎ（ ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ） ３］。 ５．４ 仪器
硬水还会造成用水器材的效率减低和 运行费用增加。加热后的硬水会形成钙、 镁等矿物质的沉淀 （ 即水垢） ， 造成用水 器材的效率减低甚至是故障。水垢会使水 管道变得阻塞， 造成水流不畅并最终导致 必须更换水管道。水垢还会导致能源费用 增加达 ３０％甚至更多。 ３．４ 太阳能热力系统中的水垢问题
水垢会造成热水系统、供水管道、太 阳能热力系统中的许多问题： 被水垢堵塞 的水管会导致用水器材的效率下降， 甚至 造成故障； 用水器材的运行的费用 （ 如能 源费用） 增加； 严重的还会导致更换水 管。
非沉析型软化剂使用合成磷酸盐来隔 绝钙、镁离子。没有沉淀结垢， 水中的碱度 也不会增大。如果剂量足够， 非沉析型软化 剂能在一段时间内溶解肥皂凝结微粒。 ４．２ 机械式软化装置：
机械式软化装置可以长期地安装在管 道系统中， 用来消除钙、镁离子。机械式软 化装置采用离子交换原理。在这个过程中， 水会流经一个树脂层， 一般是由磺化的聚苯 乙烯颗粒组成。这些颗粒中蘸满了钠。离子 交换程序发生在硬质水流经树脂层的同时： 硬质的矿物离子（ 钙、镁等） 附着在树脂层 上， 同时树脂层上的钠离子被释放入水中。
Ｃ（ ｍｍｏｌ／１） ＝Ｃ１Ｖ１／Ｖ。 式中： Ｃ１—ＥＤＴＡ 二钠溶液浓度， ｍｍｏｌ／１；
Ｖ１—滴定中消耗 ＥＤＴＡ 二钠溶液的 体积， பைடு நூலகம்ｌ；
Ｖ０—试样体积， ｍｌ。
６ 硬度范围参考
硬度范围参考具体见表 １。
表 １ 硬度范围参考表
Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ 硬度范围）
矿物质含量 ｍｇ／ｌ
矿物质含量 （ Ｘ）
也许有人还在怀疑磁性水处理器的功 能表现， 对此， 英国的巴斯大学（ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｂａｔｈ， 位于英格兰的斯文登， 全英综合排 名第四的大学） 专门做了科学测试和分析， 结果证明它确实能有效防止和去除水垢， 并保留水中的钙质成分。电磁原理“水处 理”和“水软化”的区别在于： 在软化过的水 中， 钙、镁等成分被钠所替代； 而在被（ 经特 定电磁原理） 处理过的水中， 只是钙离子的 晶体结构被改变， 使其以一种很小的颗粒 状态溶于水中。这两种方法都能防止水管 内的水垢生成。
在被“处理”过的水中， 对人体有益的 钙等成分还保留在水中， 而且是以人体能 吸收的状态（ 溶解状态） 存在。
太阳能热力系统 （ 经常用于游泳池保 温等处） 非常容易结水垢， 从而造成电泵功 率下降， 并使得整个系统运行不畅。一个有 效而低代价的解决办法就是在泵之前安装 电磁水处理器： 这样就会防止水垢的生成， 而且能逐渐消除已有的水垢。
１２ 构） 使其不结成水垢。
３ 硬水带来的困扰和麻烦
３．１ 洗衣 用硬水洗出来的衣服看上去暗黑邋
遢， 摸上去感觉粗糙、僵硬。硬性的矿物 质和灰尘结合成了不溶解的盐， 使得污渍 较难去除。而衣物上的灰土又向 （ 洗衣 用） 水中引入了更多硬性的矿物质， 使水 质更硬。经常用硬水洗衣会损坏衣服的纤 维， 使衣物的使用寿命缩短。 ３．２ 洗浴以及日常生活
在被“软化”过的水中， 水中的钠成分 增多， 使水不能用于饮用。
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５ 水质中硬度的测定 （ ＧＢ７ ４ ７ ７ － ８ ７ ）
５．１ 方法的选择 目前测定硬度的方法为 ＥＤＴＡ （ 乙二
胺四乙酸） 滴定法。ＥＤＴＡ 络合滴定法简单 快速， 是一般最常选用的方法。 ５．２ 原理
常用的实验室仪器及： 滴定管： ５０ｍｌ， 分刻度到 ０．１ｍｌ。 ５．５ 测定 用移液管吸取 ５０ｍｌ 试样于 ２５０ｍｌ 锥形 瓶中， 加 ４ｍｌ 缓冲溶液和 ３ 滴铬黑 Ｔ 指示剂 溶液或 ５０－ １００ｍｇ 指示剂干粉， 此时溶液应呈 紫红或紫色， 其 ＰＨ 值应为 １０．０＋０．１。为防止产 生沉淀， 应立即在不断振摇下， 自滴定管加入 ＥＤＴＡ 二钠溶液， 开始滴定时速度宜稍快， 接 近终点时宜稍慢， 并充分振摇， 最好每滴间隔 ２－ ３ｓ， 溶液的颜色由紫红或紫色逐渐转为蓝 色， 在最后一点紫的色调消失， 刚出现天蓝色 时即为终点， 整个滴定过程应在 ５ｍｉｎ 内完 成。记录消耗 ＥＤＴＡ 二钠溶液体积的毫升数。 如试样含铁离子为 ３０ｍｇ／１ 或以下， 在 临滴定前加入 ２５０ｍｇ 氰化钠， 或数毫升三 乙醇胺掩蔽。氰化物使锌、铜、钴的干扰减 到最小。加氰化物前必须保证溶液呈碱性。 如上述干扰未能消除， 或存在铝、钡、 锰等离子干扰时， 需改用原子吸收法测定。 ５．６ 结果的表示 总硬度： Ｃ（ ｍｍｏｌ／１）
这样的软化水不适于饮用！ 饮软化水 会导致人体钙质流失， 危害健康。当水质由 硬变软， 水中钙成分减少的同时钠成分大 大增加， 造成水质转呈酸性。这样的水不但 本身含钙少， 饮入体内后还会置换人体内 的钙质成分， 造成钙质流失。
在欧美许多国家， 人们往往得到医生 的告诫： 不要在冷水管路上安装离子交换 式软化器， 而只在热水管路上安装软化器， 从而保证饮用和烹煮用的仍是硬质水 （ 富 含钙等矿物质成分） 。同样， 软化过的水不 宜用于农田、草坪、花园等的灌溉， 也是因 为水中钠成分的过量增加的原因。平时多 喝矿泉水而不是纯净水、市政锅炉供暖用 的软化水不能喝， 也都是这个道理。 ４．３ 过滤装置
１３ ４．４ 磁性水处理器
磁性水处理器是一项比较新的发明。 其原理是让水通过一个特殊的磁场， 从而 改变钙、镁离子的结构（ 形成惰性的晶性结 构） ， 使其不再结垢。
这样的水处理器有诸多好处： （ 一） 它 具备了软化水的优点， 即不会生水垢， 从而 提高热效率、延长所洗涤衣物的使用寿命、 改善皮肤状况（ 使皮肤细腻、不痒、不易起 湿疹） 。（ 二） 钙是人体所需的必要元素经这 样处理过的水保留了原来的钙成分； 而且 由于不结水垢 （ 水垢中的钙成分是人体难 以吸收的） ， 它能比一般的硬水提供更多人 体能吸收的钙质成分。
在 ＰＨ１０ 的条件下， 用 ＥＤＴＡ 溶液络合 滴定钙和镁离子。铬黑 Ｔ 作指示剂， 与钙合 镁反应生成紫红色或紫色溶液。滴定中游离 的钙和镁首先与 ＥＤＴＡ 反应， 跟指示剂络合 的钙和镁离子随后与 ＥＤＴＡ 反应， 到达终 点时溶液的颜色由紫色变为天蓝色。 ５．３ 试剂
分析中只使用公认的分析纯试剂和蒸 馏水， 或纯度与之相当的水。
用硬水洗澡会在皮肤上留下一层肥皂 凝结微粒粘膜， 这层粘性的膜会使得皮肤 上的脏东西和细菌等难以清除。另外， 肥 皂凝结微粒会使皮肤不能恢复正常的酸性 状态， 并有可能导致湿疹。留在头发上的 肥皂凝结微粒会使头发凌乱、生涩、无光 泽。此外， 硬度过高的水也不利于人们生 活中的烹饪， 饮用这些水还会引起肠胃不 适。 ３．３ 热水系统和供水管道
水壶滤装置一般分为两类： 便携式离 子交换过滤器和反渗透式过滤器。两种过 滤器都用于过滤饮用水， 主要功能是过滤 掉饮用水中的有害物质， 但同时也常常将 水中的钙等矿物质成分一起过滤掉了。
反渗透法的原理是通过让水流过一层 半浸透性的膜， 这层膜能阻止某些物质的 通过。
便携式离子交换过滤器一般采用盒装 形式， 内有活性碳和离子交换树脂层。活性 炭能吸收、减少水中氯和含氯化合物、杀虫 剂、色素和其它有机废物， 这样改善了水的 口感和色泽度。离子交换树脂层会降低水 的硬度， 这种过滤器的运行费用大约￥０．０４／ 升（￥０．３ 元／升） 。
水是一种很好的溶剂， 能有效去除污 物杂质。纯水一无色、无味、无臭， 被称作是 “通用溶剂”。当水和二氧化碳结合生成微 量的碳酸时， 水的溶解效果更好。当水流过 土地和岩石时， 它会溶解少量的矿物质成 分， 钙和镁就是其中最常见的两种成分， 也 就是它们使水质变硬。水中含钙、镁等矿物 质成分越多， 水的硬度越大。
１ 水垢成因
即便是在硬水质地区， 只要水中的饱 和指数未被超过， 水管中就不会结水垢。 若在饱和指数以下或正好在饱和的临界点 上， 都不会有水垢生成。反之， 如果超 出了饱和指数的话， 软水质中也会生水 垢。
饱和指数由水的酸碱度决定。众所周 知， 酸碱度是通过 ＰＨ 测试来测定的：
ＰＨ 值越低， 水中的酸性越强， 饱 和 指数越高， 所能溶解的矿物质成分也就越
多； ＰＨ 值越高， 水中的碱性越强， 饱 和
指数越低， 所能溶解的矿物质成分也就越 少。
对水加热。水压降低等都会导 致 ＰＨ 值升高。随着 ＰＨ 值升高， 矿物质成分（ 碳 酸钙为主） 就析出沉淀， 形成水垢。
循环系统（ 如冷却塔、蒸汽锅炉、循环 水处理系统等） 工作中， 压力和温度长期处 在变化中， 造成水中 ＰＨ 值升高和过度饱 和。
当树脂层上的钙、镁离子饱和时， 就必 须重新补充钠成分了。补充过程通过往树 脂层上加盐（ 盐水） 来完成： 钠顶替了附着 在树脂层上的钙、镁离子， 钙、镁离子被滤 入废水。
用离子交换式软化器处理硬质水， 会
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增加水中的钠成分。根据英国水质协会 （ ＷＱＡ） 的报告： 在离子交换的软化过程 中 ， 水 中 硬 度 每 下 降 一 个“Ｘ”每 升 水 中 就 会增加 ８ 毫克的钠。举例来说， 当水的硬度 是 １０Ｘ 时， 如果水中硬质的矿物成分都被软 化器滤掉的话， 每升中会增加 ８０ 毫克的钠！
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４ 硬水水质的处理方法
针对硬水质的处理方法有多种， 包括 过滤法、软化法、电磁水处理器和反渗透法 等。这里对几种主要的处理方法进行介绍 和比较。 ４．１ 软化剂
有些化学品剂可用来减低水的硬度。 这样的软化剂可以分为两类： 沉析型和非 沉析型。
沉析型软化剂包括结晶碳酸钠和硼砂 等。这些软化品剂与钙、镁等矿物离子形成 不溶的沉淀物。这样处理后， 矿物离子就不 会再影响洗涤效率等， 但沉淀会让水变混 并在器具上结垢。沉析型软化剂会增大水 中的碱度， 容易伤及皮肤和其它被清洗的 器皿。