水硬度计算器：测量钙和镁含量
根据水样中钙离子和镁离子的浓度换算出水的硬度，以碳酸钙当量的ppm浓度、德国度和法国度三种常用单位分别给出换算结果，并按软水、中硬水、硬水到极硬水的国际通用等级进行分类说明。适用于家庭自来水或井水的水质检测、选购合适规格的软水器，以及日常水垢成因和管道结垢风险的初步评估。
水硬度计算器
输入参数
计算公式：
硬度 = (Ca²⁺ × 2.5) + (Mg²⁺ × 4.1) + 其他矿物质
结果
文档
水硬度计算器
水硬度计算器将水样中的钙和镁含量换算为一个硬度值。结果以碳酸钙的百万分率（ppm）、德国度（°dH）和法国度（°f）表示，并将水分为软水、中度硬水、硬水或极硬水。
什么是水硬度？
水硬度是水中溶解矿物质含量的衡量指标，主要指钙离子（Ca²⁺）和镁离子（Mg²⁺）。水流经土壤和岩石，尤其是石灰岩和白垩岩时，这些矿物质会溶解到水中。含有大量溶解钙和镁的水称为“硬水”。含有少量这些矿物质的水称为“软水”。
硬度通常不会使水不适合饮用，但会影响肥皂起泡的效果，以及管道、水壶和热水器中的水垢积聚量。
如何计算水硬度
总水硬度以碳酸钙（CaCO₃）的百万分率（ppm）表示，尽管硬度实际上来自多种不同的矿物质。这里使用的公式为：
总硬度（ppm CaCO₃）=（Ca²⁺ × 2.5）+（Mg²⁺ × 4.1）+ 其他矿物质
- Ca²⁺ 表示钙浓度，单位为 ppm。
- Mg²⁺ 表示镁浓度，单位为 ppm。
- 其他矿物质表示所有其他致硬矿物质的合计浓度，单位为 ppm。
钙的乘数2.5和镁的乘数4.1，用于将各离子的浓度换算为碳酸钙当量质量。
换算为其他硬度单位
知道以 ppm CaCO₃ 表示的总值后，可以将其换算为另外两种常用标度：
| 单位 | 从 ppm CaCO₃ 换算 |
|---|---|
| 德国度（°dH） | ppm ÷ 17.848 |
| 法国度（°f） | ppm ÷ 10 |
对水而言，碳酸钙（CaCO₃）的百万分率和毫克/升（mg/L）数值相同，也是美国采用的标准单位。德国度在德国和中欧较为常用。法国度在法国及其他几个欧洲国家较为常用。
水硬度分类
知道以 ppm 表示的总硬度后，可将其归入四种标准类别之一：
| 分类 | ppm CaCO₃ | 德国度（°dH） | 法国度（°f） |
|---|---|---|---|
| 软水 | 0–60 | 0–3.4 | 0–6 |
| 中度硬水 | 61–120 | 3.4–6.7 | 6.1–12 |
| 硬水 | 121–180 | 6.8–10.1 | 12.1–18 |
| 极硬水 | 高于180 | 高于10.1 | 高于18 |
计算示例
假设某水样的钙浓度为40 ppm，镁浓度为10 ppm，其他致硬矿物质的浓度为5 ppm。
- 钙的贡献量：40 × 2.5 = 100 ppm CaCO₃
- 镁的贡献量：10 × 4.1 = 41 ppm CaCO₃
- 加上其他矿物质：100 + 41 + 5 = 146 ppm CaCO₃
总硬度为146 ppm CaCO₃。换算为德国度后，即为146 ÷ 17.848 ≈ 8.2 °dH。换算为法国度后，即为146 ÷ 10 = 14.6 °f。由于146位于121和180 ppm 之间，因此该水被归类为硬水。
如何使用计算器
- 输入钙浓度（Ca²⁺），单位为 ppm。该数值通常可在水质报告或家用检测套件中找到。
- 输入镁浓度（Mg²⁺），单位为 ppm。
- 如果知道其他致硬矿物质的浓度，请输入其 ppm 值。此项为可选项。
- 查看结果：以 ppm CaCO₃ 表示的总硬度、德国度和法国度对应值，以及硬度分类。
- 使用“复制结果”按钮，复制报告或消息所需的数值。
在哪里查找矿物质浓度数据
- 水质报告。 大多数市政供水商每年都会发布报告，有时称为消费者信心报告，其中列出矿物质含量。
- 家用检测套件。 廉价的检测套件可直接测量钙和镁，通常使用试纸或滴定测试。
- 专业检测。 水处理公司和一些地方卫生部门提供实验室检测服务。
- 井水。 由于井水不在市政报告的覆盖范围内，私人水井应直接进行检测，最好每年一次。
水硬度的影响
软水（0–60 ppm）容易使肥皂起泡，并且留下的水垢很少。对一些人来说，软水的味道可能较为平淡；在使用金属管道的老建筑中，软水还可能更容易从管道中带出微量金属。
中度硬水（61–120 ppm）处于中间状态。它含有一些溶解矿物质，但很少造成明显的水垢或清洁问题。
硬水（121–180 ppm）会在固定装置、家用电器和玻璃器皿上留下可见水垢。它需要更多肥皂或清洁剂才能起泡，还可能缩短热水器的使用寿命。
极硬水（高于180 ppm）会造成严重的水垢积聚，大幅降低肥皂的清洁效率，并可能使水带有明显味道。极硬水家庭通常会安装软水器。
暂时硬度和永久硬度
硬度有时会按成因分为两类。暂时硬度来自碳酸氢钙和碳酸氢镁。煮沸水会释放二氧化碳，使这些碳酸氢盐形成固体碳酸盐水垢，这就是水壶使用一段时间后会结垢的原因。永久硬度来自硫酸钙、硫酸镁、氯化物和硝酸盐，煮沸无法去除。通常需要使用软水器或其他化学处理方法。硬度计算器会报告这两类硬度的总和。
降低水硬度
- 离子交换软水器。 最常见的家庭解决方案。它用钠离子或钾离子交换钙离子和镁离子，并需要定期补充盐。
- 模板辅助结晶（TAC）。 一种无盐系统，可将溶解矿物质转化为悬浮在水中的微小晶体，从而避免在表面形成水垢。
- 反渗透。 通过迫使水经过精细膜，去除包括致硬矿物质在内的大多数溶解矿物质。其用水量大于产生的可用水量。
- 化学沉淀。 主要用于工业环境，使致硬矿物质从溶液中沉降出来。
常见问题
什么会导致水硬度？ 溶解的钙离子和镁离子会导致水硬度。地下水流经含有石灰岩、白垩岩或石膏的岩石和土壤时，这些离子会进入地下水。
硬水可以安全饮用吗？ 可以。硬水不会危害健康，其中的钙和镁还能补充少量膳食矿物质。但对一些人来说，极硬水的味道可能令人不适。
硬水会损坏管道和家用电器吗？ 长时间来看，会。水垢会在管道、热水器和咖啡机内部积聚，降低效率，并可能缩短其使用寿命。
水硬度和 TDS 有什么区别？ 总溶解固体（TDS）测量水中所有溶解物质，包括钠、氯化物和硫酸盐。水硬度只测量钙和镁。如果水中溶解物质主要不是钙或镁，即使硬度较低，TDS 也可能较高。
水硬度应多久检测一次？ 市政供水通常每年根据供水商的水质报告检查一次即可。井水应每六到十二个月检测一次，因为地下水状况可能随季节变化。
这个计算器可以用于水族箱用水吗？ 可以。许多鱼类和植物需要特定的硬度范围，因此计算水族箱用水的 ppm 或度数值，有助于确认其是否符合这些要求。
参考文献
- 世界卫生组织。《饮用水中的硬度》，2011。
- 美国地质调查局。《水硬度》，水科学学校，2019。
- 美国水务协会。《水质与处理：饮用水手册》，第6版，2014。