不锈钢水壶

通过持续煮沸对高硬度自来水软化效果的研究

曾龙浩

【摘要】对比贵阳市自来水与市售瓶装矿泉水、瓶装纯净水的硬度值(以CaCO3

计),分别为:189mg/L、42.6mg/L和<0.026mg/L.并研究持续煮沸高硬度自来水

作为一种简单和无污染的软化方法的效率.持续煮沸本地自来水10min,水中钙元

素的含量逐渐降低,但降低趋势为递减凹函数的二次曲线关系(R=0.995)并趋于平缓,

镁元素含量无明显改变.在持续煮沸3min时,硬度降低至155mg/L并具有18.0%

的软化效率,此后煮沸至6min和9min时软化效率分别为24.3%和28.0%.

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2017(045)013

【总页数】3页(P82-84)

【关键词】贵阳;硬度;煮沸;软化

【作者】曾龙浩

【作者单位】贵州省环境监测中心站,贵州贵阳550081

【正文语种】中文

【中图分类】X824

贵州位于典型的喀斯特地貌地区，有超过70%的土地是喀斯特地貌[1]。喀斯特地

貌是通过水对可溶性岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤盐岩等)以化学溶蚀作用为主，

流水冲蚀、重力崩坍等作用为辅的地质作用而形成，这造成了贵州地区水质的硬度

背景值相较非喀斯特地貌地区具有偏高的特点[2]。未经常饮用硬水的人一旦长期

饮用高硬度的水会出现不适症状，造成腹泻和肠胃功能紊乱，即所谓水土不服[3]。

长期饮用高硬度的水也容易造成自身的钙过量，这也会对自身健康产生一定负面的

影响，容易引起高钙尿症和泌尿系统形成结石[4]。

现在越来越多的人选择使用桶装水作为日常饮用水，但大部分人仍以自来水为主要

饮用来源。作为贵州省会城市的贵阳其自来水也存在着水质硬度较高的天然特点，

降低自来水硬度可以为当地居民的生活品质带来一定的改善。烧水容器经过长时间

使用后，会产生大量的水垢，我们可否利用此原理来软化具有高硬度特点的自来水，

因其相较絮凝剂、离子交换、反渗透等高效水质净化方法拥有简单、无添加和无污

染的优点。本文对贵阳市自来水硬度和微量元素指标与市售瓶装水进行了比较，并

考查了延长煮沸时间对降低本地自来水硬度的效果，以评价其实际应用的效率。

1.1样品采集

选取贵阳市超市售卖的3个常见品牌的纯净水，3个常见品牌的矿泉水(包含矿物

质添加饮用水)，以及本市三个不同地点的自来水，参照国标HJ700-2014[5]使用

ICP-MS(Agilent7700)分析镁、钙、钒、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、钼共11

种元素的含量。

1.2软化实验

选取其中一个地点的自来水，分析持续煮沸对软化水质硬度的效果。模拟日常生活

情况，使用3.5L不锈钢水壶(带沸腾蜂鸣提示功能)作为煮沸容器，在天然气炉上

进行带盖煮沸。每次实验加入3L自来水，煮沸时(以蜂鸣提示作为标志)倒出50

mL至塑料管中作为样品，然后保持炉火大小继续煮沸。每持续煮沸1min倒出

50mL作为样品，直至持续煮沸10min为止，此过程中保持蜂鸣提示不间断。共

重复进行3次(实验A、B和C)，初始沸腾用时分别为11.02min、11.42min、

和11.20min。使用ICP-MS分析镁、钙、钒、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、

钼共11种元素的含量。

同时，使用1.5L不锈钢锅加入1L自来水，敞开加热并重复以上实验，至持续煮

沸4min为止。共重复进行3次(实验D、E和F)，初始沸腾用时分别为7.67min、

6.88min和6.58min。

2.1不同饮用水中元素含量的比较

图1比较了本市自来水与瓶装饮用水中钙、镁元素和微量元素的含量。瓶装纯净

水经净化处理生产，基本不含各种元素。瓶装矿泉水的水源来自不同的城市(包括

一个本省城市)，造成其元素含量有着较大的差异。因喀斯特地貌原因，本市自来

水具有较高的钙、镁含量天然背景，且3处不同地区的钙镁含量基本相同。而自

来水取样点供水管道的差异(金属与塑料)，使得其猛、铁、锌的含量出现波动。将

市售瓶装纯净水、瓶装矿泉水和本市自来水的镁、钙元素含量换算为硬度值(以

CaCO3计)，其硬度平均值分别为：<0.026mg/L、42.6mg/L和189mg/L。可

见本市自来水硬度相较市售瓶装水高出较多，但未超过国标450mg/L的限值。

钒、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、钼这9种微量元素的含量均较小，三种饮用

水中的微量元素含量都达不到人体所需摄入量，人体所需微量元素还是以饮食摄入

为主要来源[6]。

2.2延长煮沸时间对钙含量的影响

图2考察了使用带盖水壶作为容器，持续的煮沸本市自来水对其中钙元素含量产

生的影响。随着煮沸时间的延长，水中钙的含量值出现了逐渐降低的趋势，煮沸1

min时具有最大的降低效率，之后钙含量的降低效率趋于减缓。对煮沸时间在1～

10min的数据进行平均拟合，其变化具有递减凹函数(ConvexFunction)的二次

曲线关系(相关系数R为0.995)，曲线斜率负值随着煮沸时间的增加逐渐减小。对

自来水持续进行煮沸，水中的钙生成CaCO3沉淀使得钙浓度减小；但随着煮沸时

间的延长，水中钙离子和碳酸根、碳酸氢根的浓度减少，造成沉淀速率逐渐减缓。

2.3延长煮沸时间对镁含量的影响

在图3所示的持续煮沸本地自来水对其镁含量的影响中，可能存在十分微弱的镁

含量增加现象。我们考虑是否由于煮沸过程中水的蒸发造成了此现象，因此使用平

底锅进行敞开煮沸，增加煮沸时的蒸发量。从图4可以观察到镁含量发生了较明

显的增加，且在煮沸过程中更大的能量供给(初始沸腾时间更短)，在产生更大蒸发

量的同时，镁含量的增加趋势也越大。说明在煮沸过程中，水中的镁元素并未如通

常认为的那样[7]因生成MgCO3微溶沉淀进而生成Mg(OH)2难溶沉淀，反而由

于水的蒸发导致含量升高。这可能是由于钙离子生成CaCO3沉淀(溶解

Ksp=2.8×10-9)相较镁离子生成MgCO3沉淀(溶解Ksp=6.82×10-6)[8]具有更大

的反应常数。

2.4延长煮沸时间对微量元素含量的影响

图5显示了延长煮沸时间对水中钒、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、钼等9种微

量元素含量的影响。其中猛、锌的含量存在减小的趋势，说明钙的沉淀将会导致猛

和锌的共沉淀。铁含量先降低后升高，可能铁在发生共沉淀后，作为煮沸容器主要

成分的铁元素在过长时间煮沸后产生了微弱的溶出。而其余6种元素未观察到显

著的变化。由于本市自来水中9种微量元素含量均较小，在持续煮沸过程中并不

会出现对人体健康有意义的改变。

贵阳为典型的喀斯特地貌地区。由于水对可溶性岩石的化学溶蚀等作用，本市自来

水存在硬度值(以CaCO3计)达189mg/L的较高天然背景状态，高于经过净化处

理的瓶装纯净水硬度值(<0.026mg/L)和不同城市水源罐装的瓶装矿泉水硬度值

(42.6mg/L)。利用煮沸自来水后形成水垢的作用，本文研究了日常生活条件下使

用延长煮沸时间来作为软化本地自来水的简易方法。使用带盖水壶为容器持续煮沸

本地自来水，水中钙的含量出现了逐渐降低的趋势，但降低趋势为递减凹函数

(ConvexFunction)的二次曲线关系(R=0.995)，随着煮沸时间的延长其软化效率

趋于减缓。持续煮沸对水中镁含量并无明显影响，反而会在敞开煮沸产生较大蒸发

量的情况下发生含量的增加。由于生成CaCO3沉淀较生成MgCO3沉淀具有更大

的反应常数，因此煮沸自来水所产生的水垢主要为钙沉淀物。9种微量元素本身含

量较小，在实验过程中未发生对人体健康有意义的改变。

在高硬度背景值地区，持续煮沸自来水可以使钙发生沉淀从而起到一定的软化效果，

但过长时间的煮沸并不能得到相对应的较高软化收益。持续煮沸3min将使得硬

度由189mg/L降低至155mg/L并具有18.0%的软化效率，此后再继续煮沸所

得到的软化收益逐渐减小，持续煮沸6min和9min时软化效率分别为24.3%和

28.0%。我国的自来水为非直饮水，将自来水煮沸后再饮用是十分必要的措施。虽

然使用持续煮沸来软化高硬度自来水的效率并不高，但在煮沸自来水后继续保持煮

沸3～5min并不需要额外的操作和过多的能源，因此其作为一种简单、无污染的

自来水软化措施还是具有日常使用价值。

【相关文献】

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与环境,2001(1):78-82.

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究,2014,31(2):71-73.

[3]石岩峰.浅论饮用水中硬度对人体健康的影响[J].农业与技术,2002(2):193.

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