陳慶典，李海斌，2，任鵬，王澍

(1.安徽建筑大學(xué)材料與化學(xué)過(guò)程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.水污染控制與廢水資源化安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601)

水資源不僅是自然資源和經(jīng)濟(jì)資源，而且是生態(tài)環(huán)境重要的限制性因素[1]。其所含組分的理化性質(zhì)決定了它的用途，尤其是鈣鎂元素作為水中最為常見組分會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生重要影響[2]。從水體中自然富集鈣鎂離子，可以提高高嶺土對(duì)磷酸鹽的去除能力[3]。然而，鈣鎂元素作為人體所必需的微量元素，水體中的鈣鎂與食物中相比，生物利用率等同或者更高，人體對(duì)水體中的鈣鎂吸收率分別達(dá)到24%和59%[4]。因此，水體中鈣鎂元素在機(jī)體組成和生理功能方面起到至關(guān)重要作用。

鈣在人體中主要以骨骼鈣和混溶池鈣形式存在，人體每天尿鈣排出量為100～200 mg。在鈣低攝入的狀況下，容易導(dǎo)致小兒的骨骼發(fā)育不良和成年人的骨折；過(guò)量的鈣攝入可增加腎結(jié)石和奶堿綜合征風(fēng)險(xiǎn)[4，5]。鎂元素參與人體內(nèi)300多種酶促反應(yīng)，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞跨膜運(yùn)輸[6]。低鎂血癥可能增加心律失常的風(fēng)險(xiǎn)，高鎂血癥(≥1.05 mmol/L)與增加心血管疾病死亡率有關(guān)[7]。徐安偉等[8]共測(cè)定了國(guó)內(nèi)外56種瓶裝天然礦泉水中的鈣鎂元素含量，其中進(jìn)口礦泉水的鈣鎂總量變動(dòng)較大，而國(guó)產(chǎn)的則變動(dòng)幅度較小?？梢?，鈣鎂元素的攝入量對(duì)人體健康十分重要。

另外，pH作為水質(zhì)判斷的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)水體中存在的離子形態(tài)、吸附作用和光降解污染物能力、藻類光合作用等都會(huì)產(chǎn)生重要影響[9-15]。如在低溫條件下(12～14℃)的反硝化過(guò)程中，pH對(duì)亞硝酸鹽積累造成影響，弱堿性條件有利于亞硝酸鹽的積累。pH還影響湖泊沉積物與水界面的磷交換，且同樣點(diǎn)pH與底泥磷的關(guān)系為DTP=0.278-0.071pH+0.005pH2(4.70＜pH＜12.20)。在溶液中 pH與(ORP)氧化還原電位也存在相關(guān)性，如ORP=0.84-0.047 pH[16]。Yanagitsuru Y R 等[17]研究了 pH和鈣濃度對(duì)湄公河中5種魚類離子平衡的影響，從而比較不同魚類在該酸性水域中耐酸能力?？梢姡|(zhì)pH監(jiān)測(cè)也是判斷水質(zhì)狀況的重要指標(biāo)。

該研究采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定市售飲用水、合肥自來(lái)水、易海水(校園湖水)和巢湖水中鈣鎂元素含量，并分別測(cè)定了pH的大小。比較不同水源的鈣鎂元素含量與pH差異，為水質(zhì)的判斷提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以期為合理選擇飲用水提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器

原子吸收分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，鈣鎂空心陰極燈(北京曙光明電子光源儀器有限公司)。雷磁pH計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)，pH測(cè)試誤差為±0.2。

1.2 試劑

鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，500 mg/L，GSB 07-1263-2000)，鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液(國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，1000 mg/L，GSB 04-1720-2004)，實(shí)驗(yàn)用水為超純水。巢湖水取自海拔 30 m(北緯 31 °42'59''，東經(jīng) 117 °22'26'')，易海水為校園內(nèi)人工湖水，取自海拔30 m(北緯31 °44'57''，東經(jīng) 117 °13'10'')。市售飲用水為2018年8月～2018年11月生產(chǎn)。不同水樣的名稱和產(chǎn)地，如表1所示。

表1 不同水樣的名稱和產(chǎn)地

1.3 測(cè)試方法

不同水樣的pH采用pH計(jì)測(cè)試，鈣鎂離子含量則采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定，并通過(guò)如下公式[18]計(jì)算總硬度：

ρCaCO3(mg/L)為總硬度，折合成 CaCO3的濃度；ρCa(mg/L)為 Ca2+的濃度；ρMg(mg/L)為 Mg2+的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈣鎂元素含量

如圖1所示，鈣鎂元素的總含量大小順序?yàn)镾6＞S5＞S3＞S4＞S1＞S2，其中樣品 S6 的總含量達(dá)到26.10 mg/L，且硬度變化與鈣鎂元素的總含量保持一致。鈣含量大小順序?yàn)楹戏适凶詠?lái)水＞湖水＞市售飲用水，即自來(lái)水中的鈣含量最高。鎂元素含量最高是樣品S6(20.67 mg/L)，最低的為包裝飲用水S1(3.25 mg/L)?？梢姵埠拟}元素含量比合肥市自來(lái)水低16.24%，鎂元素含量比合肥市自來(lái)水高40.65%。而市售飲用水的鈣鎂元素總量和硬度均低于合肥市自來(lái)水，鈣鎂元素分別與合肥市自來(lái)水相差30.95～96.03%和1.20～73.05%，即合肥市自來(lái)水與市售飲用水相比，鈣元素比鎂元素存在的差異較大。

圖1 不同水樣的鈣鎂元素含量對(duì)比

根據(jù)世衛(wèi)組織(2011年)標(biāo)準(zhǔn)，飲用水中鈣限值為75 mg/L，鎂的允許限制為50 mg/L[19]。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GJ5749-2006)規(guī)定了總硬度指標(biāo)限值為450 mg/L[20]。該研究水源中鈣鎂元素含量和硬度均符合以上兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，至于其它指標(biāo)需要另外考察。水體中鈣鎂離子通常認(rèn)為來(lái)自于方解石與白云石溶解，但也有綠泥石等其他礦物的作用，其反應(yīng)式如(1)～(3)所示[21]，表明鈣鎂離子含量增加，其硬度也增加，同時(shí)pH值也升高，所以需要進(jìn)一步考察pH。

2.2 pH對(duì)比分析

pH是評(píng)價(jià)水酸堿平衡的重要參數(shù)，它也是反映水的酸性或堿性狀況的指標(biāo)，世衛(wèi)組織建議pH為6.5～8.5。如圖2所示，四種市售飲用水的pH大小順序?yàn)镾1＞S3＞S2，S1所含的鈣鎂離子最少，接近于純凈水，其pH為中性。合肥市自來(lái)水和湖水均顯弱酸性，且pH大小順序?yàn)镾6＞S5＞S4，巢湖水和易海水的pH分別比合肥市自來(lái)水高10.19%和6.15%，，說(shuō)明在S6、S5、S4樣品pH與鈣鎂總含量大小順序保持一致。至于S1、S2、S3樣品，pH與鈣鎂總含量大小順序不一致的原因可能是受水深度處理的影響。

圖2 不同水樣p H對(duì)比如果

通過(guò)鈣鎂元素的分布分?jǐn)?shù)圖3可知，鎂元素比鈣元素更容易形成沉淀，且碳酸鎂的溶度積常數(shù)比碳酸鈣的溶度積常數(shù)大，鎂元素更容易溶解在水溶液中，所以導(dǎo)致水體中鎂含量均比鈣含量高，具體反應(yīng)式如(4)～(5)所示[22]。在水處理過(guò)程中，石英砂、鉀長(zhǎng)石等可引起濾池出水pH值升高[23]。所以可以通過(guò)上述材料來(lái)提高水體pH，以達(dá)到水體理想pH。尤其需要注意的是，在使用液氯消毒的過(guò)程中，pH值可以改變次氯酸和次氯酸根離子比例，從而對(duì)消毒效率形成影響[24]。因此，需要根據(jù)水源的水質(zhì)特征，選擇合適的pH來(lái)控制消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，提高實(shí)際生產(chǎn)效率。

3 結(jié)論

(1)巢湖水和易海水的鈣鎂元素總含量和硬度均高于合肥市自來(lái)水，而市售飲用水的這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)均低于合肥市自來(lái)水。巢湖水中鈣鎂元素含量分別為5.42 mg/L、20.67 mg/L，鈣元素含量相比合肥市自來(lái)水低16.24%，鎂元素含量相比合肥市自來(lái)水高40.65%，說(shuō)明兩種水的鈣含量比鎂含量有明顯差距。

(2)合肥市自來(lái)水和易海水、巢湖水均顯弱酸性，且pH大小順序?yàn)镾6＞S5＞S4，巢湖水和易海水的pH分別比合肥市自來(lái)水高10.19%和6.15%。通過(guò)鈣鎂元素的分布分?jǐn)?shù)圖可知，鎂元素比鈣元素更容易形成沉淀，且碳酸鎂的溶度積常數(shù)比碳酸鈣的溶度積常數(shù)大，導(dǎo)致在水體中鎂含量比鈣含量要高。根據(jù)水源的水質(zhì)特征，選擇合適pH來(lái)控制消毒過(guò)程可以提高實(shí)際生產(chǎn)效率。

圖3 MINTEQ軟件計(jì)算的鈣鎂元素在水溶液中的分布(25℃)