硬水
硬水（Hard Water），即含有较多可溶性钙盐、镁盐的天然水，其中的“硬”字指的是硬度，指水中溶解的钙与镁的含量的数值，一般将硬度高于8德国度，即相当于1L水中含超80 mg CaO的水称为硬水。当水通过石灰石，白垩或石膏沉积物时，就会形成硬水。
长期饮用软水的人，一旦饮用硬水，可能出现腹泻或消化不良等胃肠神经官能症症状，此外饮用硬度过高的水也可引起消化功能素乱和腹泻。但饮用水硬度并非越小越好，有研究表明，硬水可能会影响心血管疾病的预防和死亡率，但是，每日饮用的水贡献超过推荐的每日钙和镁需求的三分之一时，可能对肾结石病的发病率和复发产生影响。此外，硬水在使用上，也存在影响，硬水用于食品饮品，会产生碳酸钙和有机酸钙盐沉淀，影响产品口味和质量；硬水用于洗涤时，硬水中钙、镁离子会和皂类洗洁精反应生成沉淀污染洗涤物品，且造成洗涤剂的浪费；硬度高的水使用于工业上，烧锅炉易形成锅垢，影响锅炉的使用寿命。
硬水常需要进行“软化”处理，就是把硬水中的Ca2+、Mg2+等离子浓度降低，方法有暂时硬水煮沸法、化学沉降法以及离子交换法等。《生活饮用水卫生标准GB 5749-2022》中规定生活饮用水水质常规指标-总硬度（以CaCO3计）/（mg/L）的限值为450。
形成原因
碳酸钙的主要成分是碳酸钙，有些还含有碳酸镁，水是钙和镁的重要溶剂。由石灰石构成的山脉有些常年受雨水的冲刷，岩石就会一点一点地溶人雨水中，这些雨水流出后，部分渗入地下，地下水中就会含有大量的钙、镁离子从而成为硬水。酸雨使岩石的溶解量有增加的倾向。
自然界中的雨水、雪水一般是软水，山泉水、溪水、江河水一般是硬水，井水、地下水部分是硬水。
分类
硬水一般分为两种：暂时硬水和永久硬水。
暂时硬水
溶解有碳酸氢钙或碳酸氢镁的硬水，煮沸后就会生成二氧化碳和不溶于水的碳酸钙或碳酸镁沉淀。这样，只须把水煮沸，就可使水中的钙、镁离子降低而变成软水的硬水，称为暂时硬水。
永久硬水
钙、镁离子如果以氯化物的形式或者以硝酸盐的形成存在于水中时，那么，即使将水煮沸，水中的钙、镁离子也不会沉淀出来，这种硬水称为永久硬水。
生理影响
饮用硬度高的水可引起消化功能素乱和腹泻，用硬度高的水喂牲畜，可引起孕畜流产。一般情况下，饮用较高硬度的水并不会出现腹泻，除非在极个别场合，饮用水的总硬度超过700mg/L(以碳酸钙计)时才有可能。中国有资料显示，饮用总硬度为707~935mg/L(以碳酸钙计)的水，第二天人们就会出现不同程度的腹胀、腹泻和腹痛等胃肠道症状，持续1周左右后即开始好转，20天后恢复正常。且有说法认为长期饮用软水的人，一旦饮用硬水，可出现腹泻或消化不良等胃肠神经官能症症状。据中国各地的调查，饮用水的硬度大都不超过425mg/L(碳酸钙计)，而且人们对该硬度的水反映不大。
饮用水水质并非越软越好，有研究表明，硬水可能会影响心血管疾病的预防和死亡率，这是因为水中的钙、镁离子对于维持心肌内离子的平衡有重要作用，并参与心肌酶系统组成，体内钙、镁离子缺乏可导致钠离子贮留，引起心肌离子失调，使心脏发生病变。另外，软水流经地层和水管时，会使铅、镉等有害物质溶出，这些因素都能促使心血管病发生。但是，每日饮用的水贡献超过推荐的每日钙和镁需求的三分之一时，可能对肾结石病的发病率和复发产生影响。
处理方法：家庭处理硬水的方法是煮沸，硬度偏大的水经煮沸一般可达到适宜的硬度；长期饮用水质过软的饮用水的人们，可以通过多吃含钙、镁丰富的食物及限制食盐摄取量的办法来弥补软水中钙、镁离子不足的问题。
使用影响
生活使用
硬水硬度过高产生碳酸钙和有机酸钙盐沉淀，会影响产品口味和质量。硬水烹调蔬菜和鱼肉，会存在不易煮熟的问题，破坏和降低营养价值；用硬水做豆腐，豆腐成品量将减少，营养价值也会降低；用硬水彻茶会改变茶叶色香味而降低营养价值。
长时间使用水壶加热硬水，水壶内侧就会形成一层坚硬的水垢，这是因为水中的钙、镁离子在加热后形成了一种不溶于水的碳酸钙或碳酸镁而沉淀下来。水垢的形成会影响水壶的使用。
在硬水中用肥皂类洗涤剂（Na(C17H35COO)）洗衣服时，能看到有肥皂渣形成。这是因为硬水中的钙、镁离子和肥皂或皂基洗衣服上的皂基成分生成钙镁金属皂的沉淀。硬水中的钙镁离子在织物上沉积，会使白色织物产生发灰现象，影响白度和手感，使颜色织物的色彩变暗，失去鲜艳感，而且手感粗糙。
工业使用
硬度高的水不适于工业上使用，用其烧锅炉易形成锅垢，影响热传导，浪费燃料，易堵塞管道，影响锅炉的使用寿命，严重时会引起锅炉爆炸。
特点
硬度构成
水的硬度是指水中除钠、钾等碱金属以外全部金属离子浓度（钙、镁、铁、铝、锌、锰、等离子）的总和。在大多数水中，所含铁、铝等其他金属离子很少，硬度主要是由钙、镁离子所构成，因此水的硬度又常常是指钙、镁离子浓度总和而言的。
水的硬度可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。总硬度是指单位体积水中Ca2+、Mg2+的总量，暂时硬度是指单位体积水加热沸腾后所损失的Ca2+、Mg2+含量，此时仍保持在水中的Ca2+、Mg2+含量称为永久硬度。总硬度是暂时硬度和永久硬度之和。
硬度的计量
硬度的表示法比较多，这给数据比较带来困难。很多国家都趋于用每升水中所含碳酸钙的毫克数来表示水的硬度，单位为mg/L(CaCO3)，规定每升水中含 1毫克碳酸钙为1度。中国常用国际通用单位mmol/L或mg/L(CaCO3)为硬度的计量单位，以每升水中含有的CaCO3的量表示。
单位定义
对硬度表示的方法有下列几种：
换算
1mmol/L=2mmol/L(boiler)=2me/L=100mg/L(CaCO3)=100ppm=5.6°dH=7°eH=10°fH
分类
硬度测定
方法：EDTA容量法（常用方法）
原理：用乙二胺四乙酸二钠（又名乙二胺四乙酸二钠二钠盐）在pH=10的条件下，与水中的钙、镁离子生成无色可溶性配位化合物，指示剂铬黑T也能与钙、镁离子形成配合物，但其配合物的稳定性比EDTA和钙镁形成配合物的稳定性差，因此用EDTA滴定钙、镁至终点时，钙、镁全部与 EDTA配合而游离出铬黑T，铬黑T与钙、镁形成的配合物呈紫色，而试剂本身在该条件下呈蓝色，故可由颜色的变化而判断终点到来。根据滴定剂EDTA溶液的用量，可计算出水样中钙、镁的含量。
影响因素及注意事项
应严格控制pH值。通常用氨-氯化铵缓冲液将试样的pH控制在10左右。当pH过低，配合反成不完全，满定终点不明显；pH值过高，尤其当试液中含有较多的碳酸氢盐时， 可能析出碳酸钙和氢氧化镁沉淀，使结果的重现性差。
如果水太硬，在选定的pH值下也会出现沉淀，此时可将样品作适当稀释，通常50毫升水样消耗0.01MEDTA标准液应少于15毫升。整个滴定最好在 5分钟内完成，这样可减少因加缓冲液后产生沉淀而带来的误差。
主要有两类干扰物会影响观察终点从而干扰测定，一类是悬浮性或胶体有机化合物，另一类是一些其他金属离子，如Cu2+、Ni2+、Co2+、Al3+、Fe3+和高价锰等，它们可使指示剂失效或延长终点，存在干扰物时，应注意除去干扰物或减缓干扰。
软化
工业上常要对硬水进行“软化”处理，“软化”处理就是把硬水中的Ca2+、Mg2+等离子浓度降低。硬水软化的方法有暂时硬水煮沸法、化学沉降法以及离子交换法等。
暂时硬水煮沸法
碳酸盐硬度大部分可用煮沸的方法来消除，当水沸腾时，钙镁的重碳酸盐分解生成沉淀，从而降低水的硬度。
化学沉降法
化学沉降法是根据硬水中Ca2+、Mg2+的含量，定量加入沉淀剂（如生石灰、纯碱、磷酸钠等）使Ca2+、Mg2+形成沉淀而除去。
此法适用于锅炉用水的软化。为了加速软化过程，常将水热至70摄氏度左右，然后再加入石灰、纯碱。
离子交换法
离子交换法是利用离子交换剂或树脂软化水的方法。
利用离子交换剂软化水
离子交换剂中的阳离子能与水中的Ca2+、Mg2+交换，从而使硬水得到软化。早期人们使用自然界中存在的泡沸石(一种硅铝酸钠Ca(AlSi2O6)2)作为离子交换剂，现在有许多新型的合成离子交换剂，交换出来的软水可以满足工业要求。
人造沸石就是新型的合成离子交换剂其中之一。人造沸石的主要成分是Na2·Al2O3·2SiO2·nH2O，可以简写为Na2Z 。当硬水通过沸石颗粒时，其中的Na+ 能被水中的Ca2+和Mg2+ 离子取代：
结果Ca2+和Mg2+ 留在交换剂上，而Na+ 则进入溶液，达到软化水的目的。待交换剂失去软化能力时，可用的NaCl溶液浸泡，把Ca2+和Mg2+ 交换下来，使交换剂再生。
利用树脂软化水
钠型
离子交换过程是在装有阴离子交换树脂的交换柱或交换床中完成的。离子交换脂是带有羧基(-COO-)或磺基(-SO3-)的高聚物，官能团的负电荷被吸附在其上的Na+ 平衡。当硬水从柱体(床体)流过时，Ca2+、Mg2+ 等二价离子置换一价的Na+。如果用Na(R-COO) 表示离子交换树脂，则该过程可表示为:
当树脂上所有Na+ 被置换后，要对树脂进行再生处理。再生处理时使用浓度较高的 水溶液按逆反应方向进行置换。Ca2+对树脂的结合力大于 Na+的结合力，所以应使用高浓度的NaCl溶液。
氢型
此外，还有利用阳离子交换树脂去除阳离子把硬水软化的方法。阳离子交换树脂含有酸性基团（如-COOH、-SO3H），用HR表示。当有离子水通过阳离子交换树脂HR时，水中的阳离子留在树脂上，H+进入水中。方程式为。交换过的树脂用酸处理，上述反应将反向进行使树脂再生，供重复使用。
法律法规
2022年3月15日，中国国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合批准发布GB 5749-2022《生活饮用水卫生标准》自2023年4月1日起实施。其中规定生活饮用水水质常规指标-总硬度（以CaCO3计）/（mg/L）的限值为450。
世界卫生组织（世卫组织）《饮用水质量准则》第四版中对饮用水的硬度并没有提出基于健康的指导值。
参考资料
硬水.术语在线.2023-10-15
Hardness of Water.U.S. Geological Survey.2023-09-25
全文发布|GB 5749-2022《生活饮用水卫生标准》.鹤壁市城市管理局.2023-10-18
[科普中国]-如何辨别软水和硬水?.科普中国网.2023-10-20
水质硬度单位换算表.百度文库.2023-10-22
Calcium and Magnesium in Drinking-water.World Health Organization.2023-10-26