洗滌用水硬度控制處理方法的研究

胡威威 岳京松

（1.國家家用電器質量監督檢驗中心 北京 100176；2.中國家用電器研究院測試技術研究所 北京 100176）

1 引言

由于長時間停留在地層中，地下水溶解的鹽類一般很多，特別是鈣和鎂的碳酸鹽。鈣鎂離子的存在對洗滌有很大的影響。在許多國家和地區，水的硬度對洗滌劑的去污效果影響非常大，水中的二價以上的金屬雜質會和洗滌劑中的表面活性劑生成金屬鹽，如烷基苯磺酸鈣、脂肪酸鈣等，這不僅增加了洗滌劑的消耗量，而且降低了衣物的洗凈率，令衣物表面顏色暗淡，質地粗糙。

我國的水質總體硬度表現為北方比南方高，北方水的平均硬度為300mg/L，而南方的水硬度平均為150mg/L。為按照標準對洗衣機的性能進行檢測，以保證數據的準確性和重復性。根據GB/T 4288-2008《家用和類似用途電動洗衣機》中洗衣機用水硬度要求，洗滌用水的硬度為（40~60）mg/L。本文主要論述配制硬度為（40~60）mg/L的洗滌用水的試驗方法及注意問題。

2 水制備方法的討論

由于本試驗室位于我國北方，經測量水硬度一般大于300mg/L。制備硬水前應先將水進行軟化處理。一般使用的方法為：使自來水通過一個帶有陰陽離子交換樹脂的柱狀物或反向滲透裝置后獲得。水的硬度主要是由水中的陽離子鈣離子（Ca2+）和鎂離子（Mg2+）構成。當含有硬度的硬水通過交換器的樹脂層時，水中的鈣、鎂離子被樹脂吸附，同時釋放出鈉離子（Na+）,這樣從交換器中流出的水即為去掉了硬度離子的軟化水，當樹脂吸附鈣鎂離子達到一定的飽和度后，其吸附能力減弱，水的硬度會逐漸增大，此時需要用較高濃度的氯化鈉（Nacl）溶液通過樹脂，使失效的樹脂重新恢復為鈉型樹脂。經測量，經過軟水裝置處理后的水，其硬度值基本為零。

硬水的暫時硬度由碳酸氫鈣（Ca（HCO3）2）組成。永久硬度的成分是氯化鈣（CaCL2）、硫酸鈣（CaSO4）、氯化鎂（MgCL2）和硫酸鎂（MgSO4）。

采用GB/T 23119-2008中規定的方法B制備硬水，以硬度為0mg/L的軟水制備0.5mmol/L。按照表1所述的成分進行計算，所需硬水中NaHCO3、MgSO4·7H2O和CaCl2化學試劑用量如下：

（1）CaCl2用量

1000L×0.37mmol/L×111g/mol=41.07g

（2）MgSO4·7H2O用量

1000L×0.13mmol/L×246.3g/mol=32.02g

（3）NaHCO3用量

1000L×0.67mmol/L×84g/mol=56.28g

3 試驗方法

由于試驗室的蓄水罐容量并不能十分精確的測量，若不慎將水的硬度超標，整個蓄水罐中的水將被浪費，為了確保能夠更加穩妥的進行試驗，選擇添加不同倍數劑量的藥品進行比較，以便得出最佳的劑量，試驗方法如下：

藥品：NaHCO3，MgSO4﹒7H2O，無水CaCl2；

儀器：1L燒杯6個、1L量杯1個，鑰匙1個。

將上述的試劑分別放在三個燒杯中，各加入1L軟水。攪拌使其充分溶解。如圖1所示。

圖1中可看出，NaHCO3、MgSO4·7H2O溶液均為無色透明液體。CaCl2溶液為暗黃色渾濁液體。

將三種試劑按照1:1:1配比添加到需要硬化的軟水中。以配制1L所需硬水為例。添加量與結果如表2所示。

三種試劑在室溫下靜置24h和48h后，三種試劑按照1:1:1配比添加到需要硬化的軟水中。以配制1L所需硬水為例。（使用試劑前先將溶液進行攪拌。經過24h后CaCl2溶液產生沉淀。）經過24h后添加量與結果如表3所示，經過48h后加量與結果如表4所示。

以上試驗方法均為三種試劑單獨放置，如果將三種試劑混合，是否會對試劑的效果產生影響？影響的程度又是多少呢？為了能夠更好的了解，我們進行了以下試驗：

將三種試劑按照以下三種方式添加到硬度為零的軟水中，添加量的比為1:1000。

方法A：將三種溶液按照1:1:1進行混合，混合后加入到軟水中；

（注：CaCl2溶液添加到其他兩種溶液的混合液后迅速產生大量白色沉淀）

方法B：將NaHCO3與MgSO4﹒7H2O兩種溶液按照1:1進行混合，加入到軟水中，然后再加入等量的CaCl2溶液；

方法C：三種溶液按照1:1:1的比例分別加入到軟水中。

試驗結果如下表5所示。試劑靜置24h后重復以上操作，結果如表6所示。

4 試驗結果與數據分析

由表2、3可以得出：試劑隨著存放時間的增長，其效力會略有減少。表3、表4表明：試劑經過24h的靜置后成分已經基本穩定，隨著時間的增長，其效力不會產生明顯的變化。根據以上的試驗結果，我們可以在配制硬水時對試劑的添加量進行適當的調整。根據經驗值，試劑在配制一周后使用效果約為現配試劑的80%左右，所以試劑最好每周更換一次。

根據表5、6可以得出，溶液的混合對配制硬水的硬度并沒有產生巨大的影響，但是三種溶液混合在一起會產生大量的白色沉淀，如果長時間放置，會結成水垢，對容器造成損壞，并且不易清洗，所以建議三種試劑分開保存或者為了節約成本可選擇方法B進行配置硬水操作。

5 試驗用水配置過程中應注意的問題

（1）切勿將三種化學試劑放置在同一燒杯中溶解。由于CaCl2與NaHCO3和MgSO4﹒7H2O反應會產生白色沉淀，影響儀器的正常使用。

（2）在進行配水前，要先對從交換器中流出的軟水的硬度進行測量。由于樹脂吸附鈣、鎂離子達到一定的飽和度后，軟水的硬度值會有所提高，甚至超過我們所需要的硬度，所以要及時測量，保證軟水的質量，并根據軟水的硬度值調節需要添加試劑的量。

（3）將試劑倒入蓄水罐后，應等待十分鐘，并在試驗用水出水口處排除水管內的存水，然后取100mL水樣，進行測量。

6 結論

本文研究了3種不同試劑量的添加對水的硬度的影響。由于本操作是將軟水硬化，應在硬化前對軟水進行硬度值的測量，避免因軟水系統出現故障對硬水的配制產生影響。配制硬水時，建議試劑與軟水配比為0.9:1000，此配比方式較為穩妥，可避免因軟水本身有一些硬度或其他原因導致硬度值偏高，不好進行調整。為了節約成本，可將NaHCO3與MgSO4﹒7H2O兩種溶液按照1:1進行混合，加入到軟水中，然后再加入等量的CaCl2溶液進行硬水。此方法可以減少一個試劑罐。為了保證配出硬水的質量，建議所配試劑一周更換一次。

[1] GB/T23119-2008 家用和類似用途電器性能測試中使用的硬水，中國標準出版社，2009

[2] 《GB/T4288家用和類似用途電動洗衣機洗滌和漂洗性能測試指南》，7-12，中國質檢出版社，2014