一、水的硬度定义 

 水的硬度是指水中溶解的钙（Ca²⁺）、镁（Mg²⁺）等二价金属离子的总浓度。这些离子通常与碳酸根（CO₃²⁻）、硫酸根（SO₄²⁻）、氯离子（Cl⁻）等阴离子结合，形成碳酸盐、硫酸盐、氯化物等化合物。在天然水体中，钙、镁离子占比超过90%，铁、锰等其他金属离子因含量极低可忽略不计。 

 根据《中国水资源报告》，北方地区地下水硬度普遍较高，如华北平原部分地区总硬度可达300-500mg/L（以CaCO₃计），而南方地区因地质结构差异，硬度通常低于100mg/L。这种差异主要与区域岩石成分和降水渗透过程有关。 

 二、硬度工业性危害 

 热交换效率下降：水垢的导热系数仅为钢材的1/500至1/100。例如，1mm厚的硅酸盐水垢可使锅炉燃料消耗增加10%，热效率下降15%-20%。某电厂数据显示，结垢导致年燃煤成本增加约120万元。 

 设备腐蚀与安全隐患：水垢下易发生局部腐蚀（如点蚀），使金属管壁强度降低。1.0MPa压力的锅炉若结垢1mm，管壁温度从280℃升至680℃，钢材抗拉强度下降75%，爆管风险显著增加。 

 影响产品质量：纺织行业使用硬水时，钙镁离子与染料结合易形成色斑。某印染厂因水质硬度超标（>150mg/L），次品率从2%升至8%，年损失超50万元。 

 维护成本攀升：据估算，工业设备每清除1吨水垢需花费3000-5000元，且停机清洗导致产能损失日均10%-15%。 

 三、硬度分类与特性 

 水的硬度可分为以下两类： 

 碳酸盐硬度（暂时硬度）：由钙、镁的碳酸氢盐[Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂]构成，加热时分解为沉淀物（如CaCO₃、Mg(OH)₂），反应如下：  这类硬度可通过煮沸去除。

 非碳酸盐硬度（永久硬度）：由钙、镁的硫酸盐、氯化物（如CaSO₄、MgCl₂）等组成，无法通过加热去除，需借助化学软化处理。

 总硬度为两者之和，若总碱度高于总硬度，其差值称为“负硬度”，多见于含钠盐较高的水体。 

 四、硬度单位及计算换算 

 硬度的常用单位包括mmol/L、mg/L（以CaCO₃计）、德国度（°dH）等，换算关系如下表：

总硬度计算公式：

钙的摩尔质量=40.08g/mol，CaCO₃的摩尔质量=100.09g/mol，换算系数为：100.09÷40.08≈2.5；镁的摩尔质量=24.31g/mol，换算系数为：100.09÷24.31≈4.12。

某水样中Ca²⁺浓度为60mg/L，Mg²⁺浓度为18mg/L，则总硬度为：(60×2.5)+(18×4.12)=150+74.16=224.16mg/L (以CaCO₃计)。