重慶市海底溝地下水庫(kù)水質(zhì)硬度檢測(cè)分析

邢立文，陳 宏，魏新平，董 娟

（1.山西省水利水電科學(xué)研究院，山西太原 030000；2.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶北碚 400716；3.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都 610654；4.山西省生物研究所，山西太原 030000）

水的硬度是指溶解在水中鹽類物質(zhì)的含量，即鈣鹽與鎂鹽的含量。鹽類物質(zhì)含量高則水體硬度大，反之則小。水的總硬度是由水中的二價(jià)和三價(jià)金屬離子決定的，如鈣離子、鎂離子、鐵和亞鐵離子、銅離子和鋁離子等都可與肥皂中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使其失去去污能力。理論上講，水的總硬度是表示水中二價(jià)和三價(jià)金屬離子含量的指標(biāo)［1］。大部分天然水的硬度是由水中的鈣離子和鎂離子形成的。相對(duì)于鈣離子和鎂離子的含量，其他二價(jià)和三價(jià)離子含量都可忽略不計(jì)［1］。因此水的總硬度可近似地認(rèn)為是由鈣離子與鎂離子的總量決定的。總硬度等于暫時(shí)硬度與永久硬度之和［2］。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

海底溝地下水庫(kù)位于重慶市東北約30 km，為北碚區(qū)（原江北縣三圣鄉(xiāng)）所轄。庫(kù)區(qū)回水范圍在大柿灣和龍王場(chǎng)之間，主要為嘉陵江組含水層，其次為雷口坡組及須家河組含水層，回水面積約12 km2。水庫(kù)底界標(biāo)高為350 m，頂界標(biāo)高450～470 m，最大蓄水壓85萬(wàn)Pa，水庫(kù)補(bǔ)給主要來(lái)自背斜軸部上三疊統(tǒng)須家河組砂頁(yè)巖層中地下水。重慶市地處西南喀斯特溶巖地區(qū)，巖層中鈣鎂鹽含量大。地下水庫(kù)水質(zhì)硬度較高的主要機(jī)理是發(fā)生于地下水與包氣帶和含水圍巖之間的一系列水文地球化學(xué)作用，如酸性溶濾作用、碳酸溶濾作用、鹽效應(yīng)及鹽污染等，促使土壤及其下層沉積物的鈣鎂易溶鹽、難溶鹽及交換性鈣鎂由固相向水中轉(zhuǎn)移，從而使地下水硬度升高，不能直接用于農(nóng)業(yè)、生活用水［3］。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

對(duì)重慶市海底溝地下水庫(kù)［4］進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，在海底溝地下水庫(kù)庫(kù)心、岸邊分水層進(jìn)行常規(guī)取樣。地下水庫(kù)的水質(zhì)硬度檢測(cè)方式采用國(guó)家GB 5749-2006《生話飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》［5］中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法，參照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行硬水軟化，并對(duì)當(dāng)?shù)厮|(zhì)硬度狀況及硬水軟化結(jié)果進(jìn)行了討論。硬度分級(jí)以軟水0～140 mg/L，中等硬度水140～280 mg/L，硬水280～530 mg/L，極硬水530 mg/L 為劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

水庫(kù)水質(zhì)主要存在硬度超標(biāo)問(wèn)題，重金屬含量少，故本文采用Na—EDTA 滴定法［6］測(cè)定硬度。EDTA 法是用EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定水中的Ca、Mg 總量，然后將Ca 換算成相應(yīng)的硬度單位。該方法具有操作簡(jiǎn)便、精確較高等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。

以GB/T 14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［7］為依據(jù)，通過(guò)相關(guān)回歸檢驗(yàn)計(jì)算水樣的相關(guān)性，分析水質(zhì)硬度狀況、成因及相關(guān)因素；并參照相關(guān)國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)軟化處理效果及方法。

2 結(jié)果分析

表1 為28 份水樣的硬度情況統(tǒng)計(jì)。由表可知：軟水4 份，占14.0%；中硬水14 份，占50.0%；硬水1份，占3.5%；極硬水9 份，占32.0%。中硬水與硬水、極硬水之和均占總水樣份數(shù)的1/2左右，說(shuō)明地下水庫(kù)地區(qū)水質(zhì)基本屬于中硬水以上的硬水型水質(zhì)。水樣硬度主要集中于中硬水與硬水兩個(gè)等級(jí)，未達(dá)到居民飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

表1 地下水庫(kù)水樣檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表2 可知，庫(kù)心水樣水質(zhì)硬度低于岸邊水樣。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，二者有顯著差異（ρ ＜0.01），且硬度超標(biāo)的水樣集中于岸邊，這可能與雨水將岸邊鹽分沖刷至庫(kù)心有關(guān)。

表2 不同水層中硬度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

由表3可知，淺層水的硬度含量最高，表層水次之，深層水最低。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，三者之間均有非常顯著的差異，且硬度超標(biāo)水源多集中于淺層水，除來(lái)源于地層外，還與工業(yè)及生活污水下滲和農(nóng)田化肥使用等有關(guān)。

表3 不同水層中硬度

3 結(jié) 論

（1）海底溝地下水庫(kù)水位高、水量充足，可用于山區(qū)農(nóng)田的自流灌溉。

（2）地下水庫(kù)周邊地區(qū)水質(zhì)屬于中硬水以上的硬水型水質(zhì)，且主要為中硬水與硬水兩個(gè)級(jí)別，尚未達(dá)到居民飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

（3）硬度超標(biāo)水源多集中于淺層水，水質(zhì)分層現(xiàn)象明顯；水質(zhì)硬度大的水樣多集中于岸邊，可能是雨水沖刷所致。

（4）水質(zhì)硬度檢測(cè)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析可知，當(dāng)?shù)厮|(zhì)硬度與氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、可溶性固體存在正相關(guān)關(guān)系。