洗涤用水硬度控制处理方法的研究

胡威威 岳京松

（1.国家家用电器质量监督检验中心 北京 100176；2.中国家用电器研究院测试技术研究所 北京 100176）

1 引言

由于长时间停留在地层中，地下水溶解的盐类一般很多，特别是钙和镁的碳酸盐。钙镁离子的存在对洗涤有很大的影响。在许多国家和地区，水的硬度对洗涤剂的去污效果影响非常大，水中的二价以上的金属杂质会和洗涤剂中的表面活性剂生成金属盐，如烷基苯磺酸钙、脂肪酸钙等，这不仅增加了洗涤剂的消耗量，而且降低了衣物的洗净率，令衣物表面颜色暗淡，质地粗糙。

我国的水质总体硬度表现为北方比南方高，北方水的平均硬度为300mg/L，而南方的水硬度平均为150mg/L。为按照标准对洗衣机的性能进行检测，以保证数据的准确性和重复性。根据GB/T 4288-2008《家用和类似用途电动洗衣机》中洗衣机用水硬度要求，洗涤用水的硬度为（40~60）mg/L。本文主要论述配制硬度为（40~60）mg/L的洗涤用水的试验方法及注意问题。

2 水制备方法的讨论

由于本试验室位于我国北方，经测量水硬度一般大于300mg/L。制备硬水前应先将水进行软化处理。一般使用的方法为：使自来水通过一个带有阴阳离子交换树脂的柱状物或反向渗透装置后获得。水的硬度主要是由水中的阳离子钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）构成。当含有硬度的硬水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子（Na+）,这样从交换器中流出的水即为去掉了硬度离子的软化水，当树脂吸附钙镁离子达到一定的饱和度后，其吸附能力减弱，水的硬度会逐渐增大，此时需要用较高浓度的氯化钠（Nacl）溶液通过树脂，使失效的树脂重新恢复为钠型树脂。经测量，经过软水装置处理后的水，其硬度值基本为零。

硬水的暂时硬度由碳酸氢钙（Ca（HCO3）2）组成。永久硬度的成分是氯化钙（CaCL2）、硫酸钙（CaSO4）、氯化镁（MgCL2）和硫酸镁（MgSO4）。

采用GB/T 23119-2008中规定的方法B制备硬水，以硬度为0mg/L的软水制备0.5mmol/L。按照表1所述的成分进行计算，所需硬水中NaHCO3、MgSO4·7H2O和CaCl2化学试剂用量如下：

（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 试验方法

由于试验室的蓄水罐容量并不能十分精确的测量，若不慎将水的硬度超标，整个蓄水罐中的水将被浪费，为了确保能够更加稳妥的进行试验，选择添加不同倍数剂量的药品进行比较，以便得出最佳的剂量，试验方法如下：

药品：NaHCO3，MgSO4﹒7H2O，无水CaCl2；

仪器：1L烧杯6个、1L量杯1个，钥匙1个。

将上述的试剂分别放在三个烧杯中，各加入1L软水。搅拌使其充分溶解。如图1所示。

图1中可看出，NaHCO3、MgSO4·7H2O溶液均为无色透明液体。CaCl2溶液为暗黄色浑浊液体。

将三种试剂按照1:1:1配比添加到需要硬化的软水中。以配制1L所需硬水为例。添加量与结果如表2所示。

三种试剂在室温下静置24h和48h后，三种试剂按照1:1:1配比添加到需要硬化的软水中。以配制1L所需硬水为例。（使用试剂前先将溶液进行搅拌。经过24h后CaCl2溶液产生沉淀。）经过24h后添加量与结果如表3所示，经过48h后加量与结果如表4所示。

以上试验方法均为三种试剂单独放置，如果将三种试剂混合，是否会对试剂的效果产生影响？影响的程度又是多少呢？为了能够更好的了解，我们进行了以下试验：

将三种试剂按照以下三种方式添加到硬度为零的软水中，添加量的比为1:1000。

方法A：将三种溶液按照1:1:1进行混合，混合后加入到软水中；

（注：CaCl2溶液添加到其他两种溶液的混合液后迅速产生大量白色沉淀）

方法B：将NaHCO3与MgSO4﹒7H2O两种溶液按照1:1进行混合，加入到软水中，然后再加入等量的CaCl2溶液；

方法C：三种溶液按照1:1:1的比例分别加入到软水中。

试验结果如下表5所示。试剂静置24h后重复以上操作，结果如表6所示。

4 试验结果与数据分析

由表2、3可以得出：试剂随着存放时间的增长，其效力会略有减少。表3、表4表明：试剂经过24h的静置后成分已经基本稳定，随着时间的增长，其效力不会产生明显的变化。根据以上的试验结果，我们可以在配制硬水时对试剂的添加量进行适当的调整。根据经验值，试剂在配制一周后使用效果约为现配试剂的80%左右，所以试剂最好每周更换一次。

根据表5、6可以得出，溶液的混合对配制硬水的硬度并没有产生巨大的影响，但是三种溶液混合在一起会产生大量的白色沉淀，如果长时间放置，会结成水垢，对容器造成损坏，并且不易清洗，所以建议三种试剂分开保存或者为了节约成本可选择方法B进行配置硬水操作。

5 试验用水配置过程中应注意的问题

（1）切勿将三种化学试剂放置在同一烧杯中溶解。由于CaCl2与NaHCO3和MgSO4﹒7H2O反应会产生白色沉淀，影响仪器的正常使用。

（2）在进行配水前，要先对从交换器中流出的软水的硬度进行测量。由于树脂吸附钙、镁离子达到一定的饱和度后，软水的硬度值会有所提高，甚至超过我们所需要的硬度，所以要及时测量，保证软水的质量，并根据软水的硬度值调节需要添加试剂的量。

（3）将试剂倒入蓄水罐后，应等待十分钟，并在试验用水出水口处排除水管内的存水，然后取100mL水样，进行测量。

6 结论

本文研究了3种不同试剂量的添加对水的硬度的影响。由于本操作是将软水硬化，应在硬化前对软水进行硬度值的测量，避免因软水系统出现故障对硬水的配制产生影响。配制硬水时，建议试剂与软水配比为0.9:1000，此配比方式较为稳妥，可避免因软水本身有一些硬度或其他原因导致硬度值偏高，不好进行调整。为了节约成本，可将NaHCO3与MgSO4﹒7H2O两种溶液按照1:1进行混合，加入到软水中，然后再加入等量的CaCl2溶液进行硬水。此方法可以减少一个试剂罐。为了保证配出硬水的质量，建议所配试剂一周更换一次。

[1] GB/T23119-2008 家用和类似用途电器性能测试中使用的硬水，中国标准出版社，2009

[2] 《GB/T4288家用和类似用途电动洗衣机洗涤和漂洗性能测试指南》，7-12，中国质检出版社，2014