水的硬度表征.doc

水的硬度表征方法桐花飞雨 整理一. 硬度的表示方法1 用mmol/l表示是一种最常见的表示物质浓度的方法，是法定计量的基本单位。硬度、碱度等水质指标均以此表示水中物质浓度的大小，而且是以一价离子作为基本单元。对于二价离子或分子均以其1/2浓度作为基本单元。同样，对于三价离子或分子均以其1/3作为基本单元。这样，用mmol/l表示水中各物质浓度的时候，实质上就是mg当量/l。当量浓度表示方法：eg/L 克当量/升 me/L 毫克当量/升（水质硬度常用） e/L 微克当量/升。 当量浓度是老的单位，在水处理专业计算中当量浓度还常用，所以专业人士有必要掌握。 克当量：物质的分子量或原子量，除以其离子价数（水溶液中）可得到克当量，单位符号是e或eg。 比如NaOH溶液的离子价数是1，那么其分子克当量就是401=40；溶液中Na+离子的克当量是231=23。 同理CaCO3的分子克当量就是1002=50。 各单位之间的换算： 质量浓度/克当量=当量浓度 = 离子价数物质的量浓度。2me/L = 1mmol/L当然，很多资料中也有直接采用该镁离子的mol浓度来表示硬度的。2 用度表示硬度单位也有用度表示的。如德国度、英国度等，均有不同的含义。我国水质标准经常采用德国度，用G表示。当水中的硬度离子浓度相当于10mgCaCO3/l时称为1G.1G=10*1/28mmol/l=1/2.8mmol/l1mmol/l=2.8G德国硬度CaO含量为10mg/l或0.178mmol/l定义为1G（德国硬度）；英国硬度1英国硬度相当于CaO含量为8mg/l或0.143mmol/l；法国硬度1法国硬度等于CaCO3含量为10mg/l或0.1mmol/l。美国硬度水中的硬度离子含量折合成1ppm或1mg/l的CaCO3量。3 用（mg/l ）CaCO3表示很多水质资料用mg/l CaCO3表示水中硬度离子的含量。1/2CaCO3的摩尔质量为50mg，1mmol/l=50mg/l CaCO3=50ppm CaCO3即1mmol/l（1/2Ca2+、1/2Mg2+）=50ppm (以CaCO3计)4 KH硬度kH硬度完全针对水质中的阴离子（HCO3-）含量的表示法，是以100ml水中含有1毫克的HCO3-称为1度（相当于10ppm浓度），并标记为1度kH。它与CaCo3硬度完全针对水质中的阳离子（Mg2+、Ca2+）含量表示法完全不同。5 各种水硬度单位换算表各种硬度单位换算表项目单位mol浓度当量浓度德国英国法国美国mmol/lMe/lDHClark法国度ppmmol浓度mmol/l125.617.0210100当量浓度Me/l0.512.83.51550德国DH0.1780.35611.251.7817.8英国Clark0.1430.2860.811.4314.3法国法国度0.10.20.560.7110美国ppm0.010.020.0560.070.11备注：此表中数据为横着对应看。有底纹者为该项目硬度1度，其余表格内为该项目1度时折算为其他硬度表示方法时的数值。二. 水质硬度的测量1 EDTA+铬黑T法。EDTA法测定时存在以下2类干扰物质：1) 悬浮性或胶体有机物会影响终点的观察。消除方法为将水样蒸干并于550灰化，干扰即可除去。2) 副族多价金属离子如Cu2+、Co2+、Al3+、Fe3+、Mn4+、 Mn6+等产生对指示剂的封闭作用使指示剂褪色或终点延长。NaS或KCl可掩蔽重金属的干扰，盐酸羟胺（NH2OH.HCl）可使高价铁、锰离子还原为低价离子而消除其干扰。2 测试原理EDTA-2Na（EDTA在水中溶解度较低，为0.3mol/l，因此多选择其钠盐）在PH值=10时与水中的钙镁离子形成无色可溶性络合物，指示剂铬黑T则与钙镁离子形成酒红色络合物。当用EDTA-2Na滴定钙镁离子至终点时，钙镁离子全部与EDTA-2Na络合而使铬黑T游离出来，溶液由酒红色变为铬黑T的蓝色。3 测试仪器150ml三角瓶；25ml滴定管4 测试试剂4.1 EDTA-2Na标准溶液0.01mol/l，根据GB/T601-2002进行标定和配制；4.2 氨水/氯化铵溶液（PH=10）称取16.9g氯化铵溶于143ml浓氨水溶液；氯化铵-氨水缓冲溶液配制：称取0.780g硫酸镁（MgSO4.7H2O）0.003184及1.178g0.003164乙二胺四乙酸二钠（C10H14N2O8Na2.2H2O）,溶于50ml纯水中，加入2ml氯化铵-氨水缓冲溶液和5滴铬黑T指示剂，此时溶液应呈紫红色。若为天蓝色，应再加硫酸镁使之呈紫红色。用EDTA-2Na滴定至溶液由紫红色变为天蓝色。合并（1）及（2）两种溶液，并用纯水稀释至250ml，合并后如溶液又变为紫色，在计算结果时应扣除试剂空白。注:（1) 氯化铵-氨水缓冲溶液应贮存于聚乙烯或玻璃瓶内，防止使用中反复开盖降低氨水浓度而影响PH值；（2）配制缓冲溶液时，加入EDTA-2Mg是为了使某些含镁量较低的水样滴定终点更敏锐。配制缓冲溶液时直接在溶液（1）中加入1.25gEDTA-Mg，配入250ml缓冲溶液。（3）以铬黑T为指示剂，用EDTA-2Na滴定钙镁离子时，其溶液PH值在9.711范围内，越偏碱终点越敏锐，但可使CaCO3及Mg(OH)2沉淀，从而造成滴定误差，因此PH值选择10为宜。4.3 固体指示剂铬黑T指示剂称取0.5g铬黑T，加100g氯化钠，研磨均匀，贮于棕色瓶内，密封备用，可较长期保存。5%NaS溶液称取5.0gNaS.9H2O溶于纯水中，并稀释至100ml。1.0%盐酸羟胺溶液称取1.0g盐酸羟胺（NHOH.HCl）溶于纯水中，并稀释至100ml。10%氰化钾溶液称取10.0g氰化钾（KCN）溶于纯水中，并稀释至100ml。注意此溶液有剧毒。5 方法步骤取水样50ml置于150ml三角瓶中，加入12ml氯化铵-氨水缓冲溶液及5滴铬黑T指示剂，立即用EDTA-2Na标准溶液滴定，充分振荡，至溶液由紫红色变为蓝色，即表示到达终点。注：（1）如水样硬度过大，可少取水样稀释至50ml；如水样硬度过小，可改取100ml。（2）为防止滴定前碳酸钙及氢氧化镁在碱性溶液中沉淀，滴定的水样中钙镁离子含量不能过多，如取50ml水样，所消耗的0.01mol/l EDTA-2Na溶液体积应少于15ml。（3）如水样中含有金属干扰离子使滴定终点延迟或颜色发暗，可另取水样，加入0.5ml盐酸羟胺溶液及1ml硫化钠溶液，或0.5ml氰化钾溶液。6 结果计算P(CaCO3)=V1.C11000/V水样式中：P(CaCO3)水样的硬度，mmol/l V1消耗EDTA-2Na的体积，ml C1EDTA-2Na的mol浓度，mol/l V水样待测水样的体积，ml或：P(CaCO3)=V1.C1100.091000/V水样式中：P(CaCO3)水样的硬度，mg/l CaCO3 V1消耗EDTA-2Na的体积，ml C1EDTA-2Na的mol浓度，mol/l 100.09碳酸钙的分子量 V水样待测水样的体积，ml三. 水质硬度影响因素水的硬度原系指沉淀肥皂的程度，使肥皂沉淀的主要原因是由于水中的钙镁离子，此外铁、铝、锰、锶、锌等金属离子也会有同样的作用。水分为软水、硬水，凡不含或含有少量钙、镁离子的水称为软水，反之称为硬水。水的硬度成份，如果是由碳酸氢钠或碳酸氢镁引起的，系暂时性硬水（煮沸暂时性硬水，水由硬水变成软水）；如果是由含有钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，系永久性硬水。依照水的总硬度值大致划分，总硬度0-30ppm称为软水，总硬度60ppm以上称为硬水，高品质的饮用水不超过25ppm，高品质的软水总硬度在10ppm以下。在天然水中，远离城市未受污染的雨水、雪水属于软水；泉水、溪水、江河水、水库水，多属于暂时性硬水，部分地下水属于高硬度水。水质硬度范围天然水的硬度，可由1度至几百度。一般来说地面水的硬度较低，地下水的硬度较高。天然水按硬度一般划分为五类，如下表：名称硬度德国度Gmmol/lmg CaCO3/l极软水4.20.7575软 水4.28.40.751.575150微硬水8.416.81.53150300硬水16.825.234.5300450极硬水25.24.5450总硬度（CaCO3硬度）可以说是水质中钙和镁离子浓度所代表的特性。水的总硬度，在每一个地方的变化都不一样。一般来说，海水比淡水硬，表面水比地下水软。不过就相似的水域来说，处于石灰岩的地质环境中的水域，它的总硬度常常比其他地区要高。引起硬度的离子除了钙和镁之外，象锶、锰、铁、铝等阳离子也是肇因之一，只不过它们的含量与钙、镁相较极少，因而常常忽略不计。kH硬度 kH硬度是碳酸氢根（HCO3-）浓度的度标，因为碳酸氢根是水质中最主要的缓冲物质，它可以中和水质中任何增加或减少的游离CO2，以及亦能抑制氢离子的波动，以维持恒定的pH值，因此kH的控制被视为水质管理不可缺的手续。如果KH过低，表示水中天然的缓冲系统已经失去平衡，水质将趋酸性化，很容易受到中酸性物质的影响，使pH值急遽降低。反之如果kH过高，水质将趋碱性化，很容易受到中碱性物质的影响，使pH值急遽升高。这些现象势必对水族生物生长产生不良反应。至于kH硬度要多少才适当？这个问题并没有一