水質檢測中溶解性總固體和總硬度的關系

王 靜

（汾西礦業環境監測有限責任公司，山西 介休 032000）

0 引言

在現代生產生活中，由于生活水平的提升，人們對水質的要求也在不斷提升。對水質檢測工作人員來說，重點分析水中的溶解性總固體含量，評估與水質總硬度之間的關系十分重要，需予以重視。

1 水質檢測中分析溶解性總固體與總硬度綜合分析

1.1 水的硬度及硬度超標水的危害

在生活中，人們總是聽到一些與水有關的概念。其中，“水硬度”是人們耳熟能詳的詞匯。但大多數人對這一詞匯的含義缺乏足夠的了解。這一詞匯最早用于評估地下水。眾所周知，地下水從地下巖層中流經，而巖層中的成分便有可能進入水體之中。如巖石的主要成分是碳酸鈣，也會附帶其他元素或化合物。這些成分進入水中之后，會從原本較為穩定的固態化合物轉化為離子形式，如鈣離子、鎂離子等。中國人的飲水習慣是“燒開后飲用”，而將這些含有鈣離子、鎂離子（主要是碳酸鈣）的地下水燒開之后，原本在水（溶液）中以游離離子形式存在的鈣離子、鎂離子等會與水中同樣游離存在的碳酸根離子、碳酸氫根離子重新生成碳酸鈣，這便是人們俗稱的“水堿”。如果水中的游離碳酸鈣等成分含量過高，水的硬度就會越大，一旦超過有關標準（我國對水硬度的標準是，每一升自來水中，硬度物質的總質量不能超過450 mg）則會造成很大的危害，具體而言：其一，如果硬度超標的水應用于日常生活，如以水煮食、洗澡時，食物成熟難度會加大，使用肥皂、沐浴露、洗發露時的起泡效果會明顯降低。其二，蒸汽鍋爐長期使用硬度超標的水時，生成水垢（鍋垢）的概率會大幅度提升，不僅導致燃料消耗量增加，還容易引發爆炸。其三，人們長期飲用硬度超標的水（無論是否燒開），都會導致金屬攝入量超標，進而引起心腦血管、神經系統、泌尿造血系統病變。其四，硬度超標的水無論是直接飲用還是用于烹飪，都會導致味道和質量下降。其五，長期使用硬度超標的水洗澡，會導致頭發、皮膚出現干澀、發緊，可加速衰老[1]。

1.2 水中溶解性總固體與總硬度之間的關系

按照物質在水中溶解關系可知，如果溶于水的固體總量越大，意味著水中固體成分或可能轉化為固體的成分含量越多，水的總硬度便會越大。但需要注意，水的總硬度與水的當前硬度并不完全相同。比如上文提到，水中如果含有大量（超標）的水溶性總固體（如鈣離子、鎂離子等），那么燒開后飲用和直接飲用造成的危害可能并不相同。原因在于，如果沒有燒開水而直接飲用，那么水中原本處于游離狀態的各類離子進入人體后，可能依然以游離狀離子形態存在，如果不能與人體內的某些物質發生化學反應進而生成新的物質，有可能順著消化系統排出體外；如果這些離子進入人體后能夠與人體內化學成分生成新的物質，有可能對人體有害，也有可能有益。如果將水燒開后飲用，那么也存在兩種情況：一種是水中溶解性總固體含量超標程度極其夸張——生成了肉眼可見的水垢（石塊，主要成分為碳酸鈣及少量碳酸鎂），那么人們可能不敢飲用；如果燒開水時生成的碳酸鈣含量無法累積到人類肉眼可見的程度，則這些實際上“含有石塊”的水被人類喝下之后，可想而知將會對人體造成較為嚴重的損害。盡管水中溶解性總固體與總硬度之間不可直接劃等號，但不可否認二者確實存在很大的關聯（推測具有“正相關”“正比例”趨勢關系——水中溶解性總固體含量如果升高，那么水的總硬度也會隨之提升），但究竟是否具有這種關系，需通過試驗完成判定。

2 水中溶解性總固體和總硬度關系的試驗過程及結果分析

2.1 資料選擇

從某市（以下以“A 市”代稱）疾病監控預防控制中心2021 年度監測獲得的居民生活用水水質檔案庫中提取有關資料，整理情況如下：其一，A 市2021 年全年，每一個季度多次采集水樣，每一次都需對水樣中的溶解性總固體以及總硬度進行測定，之后取平均值作為該季度水的溶解性總固體含量及總硬度水平。其二，A 市水源的整體變化趨勢是，第一、第四兩個季度為每年的枯水期，中間兩個季度為每年的豐水期。

2.2 方法簡析

2.2.1 主要檢測內容

為排除干擾項，針對水的總硬度進行檢測時，主要針對水中的碳酸鈣含量進行檢測。具體方法為：將水燒開后，通過化學方法提取生成的碳酸鈣的含量。這種方法雖然較為簡單且結果容易出現一定的誤差，但由于本研究針對水溶解性總固體與總硬度之間的關系（動態變化影響趨勢）進行分析，故如果針對每一批次的水樣均采用相同方法進行處理后，由于都有誤差存在，意味著可做“都可以忽視誤差”的理解，最終結果具有說服性。針對水溶解性總固體的檢測方法如下：使用的工具為Φ100 mm 蒸發皿、水浴鍋、慢速定量濾紙及濾板孔徑為2～5 μm 的玻璃砂芯漏斗。將水樣放置于慢速定量濾紙或2～5 μm 孔徑玻璃砂芯漏斗之上，完成初步過濾；使用移液管，從過濾后的水樣中提取月100 mL，放置在已經在110 ℃環境下完成干燥處理且重量恒定的蒸發皿（意味著蒸發皿表面可能沾染的所有水分均已蒸干，沒有一絲一毫殘留）中；將裝有水樣的蒸發皿放置在沸水浴上，再次蒸干后（操作人員肉眼可見蒸發皿中已經沒有水分），放入110 ℃烘箱內，連續烘烤1 h；將蒸發皿取出后放在干燥器內，自然冷卻至室溫后，立刻稱重（一次稱重）；將完成一次稱重的蒸發皿重新放入110 ℃烘箱內，再次烘烤半小時，冷卻至室溫后稱重[2]。重復上一步驟，直到連續5 次最終稱重結果均保持一致時，視為已經“恒重”，可結束試驗過程。

2.2.2 分析方法

對水中溶解性總固體與總硬度之間的關系進行多維度分析。

2.2.3 觀察指標

1）對所有水樣（每一次獲取充足水樣，之后平均分成多批樣品，用以開展多次檢測）進行總體檢測。區分標準為取水地，分別為出廠水、二次供水、井水、末梢水四種類型。

2）由于出廠水、二次供水均由自來水廠等單位按照國家有關標準完成處理后，方可為生產生活供水，故分枯水期、豐水期對出廠水、二次供水的溶解性總固體及總硬度進行分析并無實際意義。因此，本文將井水和末梢水這兩種未經水廠處理的水分枯水期、豐水期進行溶解性總固體和總硬度測量并比對。

2.3 統計學處理

本研究產生的所有數據均納入SPSS23.0 統計學軟件進行分析。其中，針對計量資料進行“t”檢驗，所有結果均以“（均數+標準差）”的形式予以呈現；針對計數資料行“x2”檢驗，相關結果以“n（%），即例數（百分比）”的形式呈現；如需對數據進行比對且比對評估P 值低于0.05 時，表明比對項差異具有統計學意義[3]。

分析趨勢關系時，任選溶解性總固體和總硬度二者之一，作為自變量，將另一個量作為因變量（在本文中，將溶解性總固體設定為自變量，對應直角坐標系中的x 軸；將總硬度設定為因變量，對應直角坐標系中的y 軸）。根據實際測量結果，在二元直角坐標系中找到坐標位置，之后完成連線，即可分析趨勢關系[4]。

2.4 結果分析

2.4.1 不同水樣品類型溶解性總固體與總硬度的檢測值

A 市2021 年的水質檢測總體結果如下：

1）出廠水。溶解性總固體含量為104.63 mg/L±14.39 mg/L，總硬度為40.17 mg/L±3.65 mg/L。

2）二次供水。溶解性總固體含量為135.35 mg/L±21.36 mg/L，總硬度為48.63 mg/L±2.43 mg/L。

3）井水。溶解性總固體含量為152.33 mg/L±10.68 mg/L，總硬度為64.38 mg/L±4.26 mg/L。

4）末梢水。溶解性總固體含量為130.31 mg/L±7.68 mg/L，總硬度為50.81 mg/L±2.13 mg/L。

根據上述測量結果可知，水中溶解性總固體含量越高，水的總硬度也會越高，二者之間呈現“正相關”的關系。

2.4.2 不同水期、不同來源水中溶解性總固體和總硬度之間的關系

根據表1、表2 結果可知，在枯水期，A 市井水和末梢水的溶解性總固體含量均較高，總硬度也相應較高；進入豐水期后，A 市井水和末梢水中的溶解性總固體含量明顯降低，水總硬度也隨之降低。這一結果表明，盡管水的來源不同、自然水體存在枯水期和豐水期之分，但水中溶解性總固體含量增加時，水的總硬度也會隨之增加，二者的“正相關”關系依然成立。

表1 不同水期井水溶解性總固體和總硬度關系（）

表1 不同水期井水溶解性總固體和總硬度關系（）

表2 不同水期末梢水溶解性總固體和總硬度關系（）

表2 不同水期末梢水溶解性總固體和總硬度關系（）

3 結語

水質檢測中，水中的溶解性總固體與水的總硬度之間存在“正相關”的關系——溶解性總固體含量增加，水的硬度也會增加。這一結果不受是否處于枯水期、水的來源的影響，具有普適性。此外，本文列舉的所有數值都處于國家安全標準范圍內，表明A 市整體水質達標，可放心使用。