水质检测中溶解性总固体和总硬度的关系

王 静

（汾西矿业环境监测有限责任公司，山西 介休 032000）

0 引言

在现代生产生活中，由于生活水平的提升，人们对水质的要求也在不断提升。对水质检测工作人员来说，重点分析水中的溶解性总固体含量，评估与水质总硬度之间的关系十分重要，需予以重视。

1 水质检测中分析溶解性总固体与总硬度综合分析

1.1 水的硬度及硬度超标水的危害

在生活中，人们总是听到一些与水有关的概念。其中，“水硬度”是人们耳熟能详的词汇。但大多数人对这一词汇的含义缺乏足够的了解。这一词汇最早用于评估地下水。众所周知，地下水从地下岩层中流经，而岩层中的成分便有可能进入水体之中。如岩石的主要成分是碳酸钙，也会附带其他元素或化合物。这些成分进入水中之后，会从原本较为稳定的固态化合物转化为离子形式，如钙离子、镁离子等。中国人的饮水习惯是“烧开后饮用”，而将这些含有钙离子、镁离子（主要是碳酸钙）的地下水烧开之后，原本在水（溶液）中以游离离子形式存在的钙离子、镁离子等会与水中同样游离存在的碳酸根离子、碳酸氢根离子重新生成碳酸钙，这便是人们俗称的“水碱”。如果水中的游离碳酸钙等成分含量过高，水的硬度就会越大，一旦超过有关标准（我国对水硬度的标准是，每一升自来水中，硬度物质的总质量不能超过450 mg）则会造成很大的危害，具体而言：其一，如果硬度超标的水应用于日常生活，如以水煮食、洗澡时，食物成熟难度会加大，使用肥皂、沐浴露、洗发露时的起泡效果会明显降低。其二，蒸汽锅炉长期使用硬度超标的水时，生成水垢（锅垢）的概率会大幅度提升，不仅导致燃料消耗量增加，还容易引发爆炸。其三，人们长期饮用硬度超标的水（无论是否烧开），都会导致金属摄入量超标，进而引起心脑血管、神经系统、泌尿造血系统病变。其四，硬度超标的水无论是直接饮用还是用于烹饪，都会导致味道和质量下降。其五，长期使用硬度超标的水洗澡，会导致头发、皮肤出现干涩、发紧，可加速衰老[1]。

1.2 水中溶解性总固体与总硬度之间的关系

按照物质在水中溶解关系可知，如果溶于水的固体总量越大，意味着水中固体成分或可能转化为固体的成分含量越多，水的总硬度便会越大。但需要注意，水的总硬度与水的当前硬度并不完全相同。比如上文提到，水中如果含有大量（超标）的水溶性总固体（如钙离子、镁离子等），那么烧开后饮用和直接饮用造成的危害可能并不相同。原因在于，如果没有烧开水而直接饮用，那么水中原本处于游离状态的各类离子进入人体后，可能依然以游离状离子形态存在，如果不能与人体内的某些物质发生化学反应进而生成新的物质，有可能顺着消化系统排出体外；如果这些离子进入人体后能够与人体内化学成分生成新的物质，有可能对人体有害，也有可能有益。如果将水烧开后饮用，那么也存在两种情况：一种是水中溶解性总固体含量超标程度极其夸张——生成了肉眼可见的水垢（石块，主要成分为碳酸钙及少量碳酸镁），那么人们可能不敢饮用；如果烧开水时生成的碳酸钙含量无法累积到人类肉眼可见的程度，则这些实际上“含有石块”的水被人类喝下之后，可想而知将会对人体造成较为严重的损害。尽管水中溶解性总固体与总硬度之间不可直接划等号，但不可否认二者确实存在很大的关联（推测具有“正相关”“正比例”趋势关系——水中溶解性总固体含量如果升高，那么水的总硬度也会随之提升），但究竟是否具有这种关系，需通过试验完成判定。

2 水中溶解性总固体和总硬度关系的试验过程及结果分析

2.1 资料选择

从某市（以下以“A 市”代称）疾病监控预防控制中心2021 年度监测获得的居民生活用水水质档案库中提取有关资料，整理情况如下：其一，A 市2021 年全年，每一个季度多次采集水样，每一次都需对水样中的溶解性总固体以及总硬度进行测定，之后取平均值作为该季度水的溶解性总固体含量及总硬度水平。其二，A 市水源的整体变化趋势是，第一、第四两个季度为每年的枯水期，中间两个季度为每年的丰水期。

2.2 方法简析

2.2.1 主要检测内容

为排除干扰项，针对水的总硬度进行检测时，主要针对水中的碳酸钙含量进行检测。具体方法为：将水烧开后，通过化学方法提取生成的碳酸钙的含量。这种方法虽然较为简单且结果容易出现一定的误差，但由于本研究针对水溶解性总固体与总硬度之间的关系（动态变化影响趋势）进行分析，故如果针对每一批次的水样均采用相同方法进行处理后，由于都有误差存在，意味着可做“都可以忽视误差”的理解，最终结果具有说服性。针对水溶解性总固体的检测方法如下：使用的工具为Φ100 mm 蒸发皿、水浴锅、慢速定量滤纸及滤板孔径为2～5 μm 的玻璃砂芯漏斗。将水样放置于慢速定量滤纸或2～5 μm 孔径玻璃砂芯漏斗之上，完成初步过滤；使用移液管，从过滤后的水样中提取月100 mL，放置在已经在110 ℃环境下完成干燥处理且重量恒定的蒸发皿（意味着蒸发皿表面可能沾染的所有水分均已蒸干，没有一丝一毫残留）中；将装有水样的蒸发皿放置在沸水浴上，再次蒸干后（操作人员肉眼可见蒸发皿中已经没有水分），放入110 ℃烘箱内，连续烘烤1 h；将蒸发皿取出后放在干燥器内，自然冷却至室温后，立刻称重（一次称重）；将完成一次称重的蒸发皿重新放入110 ℃烘箱内，再次烘烤半小时，冷却至室温后称重[2]。重复上一步骤，直到连续5 次最终称重结果均保持一致时，视为已经“恒重”，可结束试验过程。

2.2.2 分析方法

对水中溶解性总固体与总硬度之间的关系进行多维度分析。

2.2.3 观察指标

1）对所有水样（每一次获取充足水样，之后平均分成多批样品，用以开展多次检测）进行总体检测。区分标准为取水地，分别为出厂水、二次供水、井水、末梢水四种类型。

2）由于出厂水、二次供水均由自来水厂等单位按照国家有关标准完成处理后，方可为生产生活供水，故分枯水期、丰水期对出厂水、二次供水的溶解性总固体及总硬度进行分析并无实际意义。因此，本文将井水和末梢水这两种未经水厂处理的水分枯水期、丰水期进行溶解性总固体和总硬度测量并比对。

2.3 统计学处理

本研究产生的所有数据均纳入SPSS23.0 统计学软件进行分析。其中，针对计量资料进行“t”检验，所有结果均以“（均数+标准差）”的形式予以呈现；针对计数资料行“x2”检验，相关结果以“n（%），即例数（百分比）”的形式呈现；如需对数据进行比对且比对评估P 值低于0.05 时，表明比对项差异具有统计学意义[3]。

分析趋势关系时，任选溶解性总固体和总硬度二者之一，作为自变量，将另一个量作为因变量（在本文中，将溶解性总固体设定为自变量，对应直角坐标系中的x 轴；将总硬度设定为因变量，对应直角坐标系中的y 轴）。根据实际测量结果，在二元直角坐标系中找到坐标位置，之后完成连线，即可分析趋势关系[4]。

2.4 结果分析

2.4.1 不同水样品类型溶解性总固体与总硬度的检测值

A 市2021 年的水质检测总体结果如下：

1）出厂水。溶解性总固体含量为104.63 mg/L±14.39 mg/L，总硬度为40.17 mg/L±3.65 mg/L。

2）二次供水。溶解性总固体含量为135.35 mg/L±21.36 mg/L，总硬度为48.63 mg/L±2.43 mg/L。

3）井水。溶解性总固体含量为152.33 mg/L±10.68 mg/L，总硬度为64.38 mg/L±4.26 mg/L。

4）末梢水。溶解性总固体含量为130.31 mg/L±7.68 mg/L，总硬度为50.81 mg/L±2.13 mg/L。

根据上述测量结果可知，水中溶解性总固体含量越高，水的总硬度也会越高，二者之间呈现“正相关”的关系。

2.4.2 不同水期、不同来源水中溶解性总固体和总硬度之间的关系

根据表1、表2 结果可知，在枯水期，A 市井水和末梢水的溶解性总固体含量均较高，总硬度也相应较高；进入丰水期后，A 市井水和末梢水中的溶解性总固体含量明显降低，水总硬度也随之降低。这一结果表明，尽管水的来源不同、自然水体存在枯水期和丰水期之分，但水中溶解性总固体含量增加时，水的总硬度也会随之增加，二者的“正相关”关系依然成立。

表1 不同水期井水溶解性总固体和总硬度关系（）

表1 不同水期井水溶解性总固体和总硬度关系（）

表2 不同水期末梢水溶解性总固体和总硬度关系（）

表2 不同水期末梢水溶解性总固体和总硬度关系（）

3 结语

水质检测中，水中的溶解性总固体与水的总硬度之间存在“正相关”的关系——溶解性总固体含量增加，水的硬度也会增加。这一结果不受是否处于枯水期、水的来源的影响，具有普适性。此外，本文列举的所有数值都处于国家安全标准范围内，表明A 市整体水质达标，可放心使用。