提问:

使用氢型弱酸性离子交换树脂之后，GH应降至多少才算合理？

回答:

自然水中通常存在有三种主要的阴离子（HCO3-、SO4--、Cl-），以及它们的「当量阳离子」，如钠离子及一般常见的硬度离子（如钙、镁等离子）。由氢型弱酸性离子交换树脂解离出来的酸度（H＋），会迅速中和HCO3-水解反应所产生的碱度（OH-），并进而消耗HCO3-（转成H2CO3），使KH降低，同时部分当量阳离子则与树脂结合，而达到降低GH的目的。因为SO4--、Cl-不会产生碱性水解反应，所以SO4--、Cl-原来的浓度，不受树脂解离出来的H＋影响，换言之，仍有许多当量阳离子被保留在水中，无法与树脂发生交换反应，即氢型弱酸性离子交换树脂应该无法得到GH＝0的结果。如果让树脂与水样有充分接触机会，树脂将可以完全消耗水中的所有HCO3-浓度，使KH＝0，同时也可以使相当数量的当量阳离子，一并被树脂所消除，因此GH硬度得以达到最大的降低幅度。至于其降幅是多少，通常必须依水中KH（HCO3-）硬度的高低而定，即若KH硬度越高，GH硬度的降幅也将越大。除非水样中的阴离子全部都是HCO3-，否则氢型弱酸性离子交换树脂不可能把全部的当量阳离子全部消除。由于HCO3-与钙、镁等离子可以形成暂时硬度，因此氢型弱酸性离子交换树脂所除去当量阳离子的数量，通常与暂时硬度的数量相近。因为自然水中仍存在有不少SO4--、Cl-阴离子，所以利用氢型弱酸性离子交换树脂所能除去的硬度离子，最多只能达到暂时硬度离子的「当量」而已，无法将永久硬度离子的「当量」也消除。就用自来水所作的实验结果（pH = 7.8、KH = 6 d、GH = 10 d → pH = 4.7、KH = 0~1 d、GH = 4 d），显示树脂可以把大约60﹪的暂时硬度离子的当量浓度消除，把大约40﹪的永久硬度离子的当量浓度保留在水中，两者之比例（即暂时硬度约占60﹪、永久硬度约占40﹪）仍在自来水硬度的合理组成范围之内，所以我个人才推测其实验结果应该是正确的。就另一用自来水所作的实验结果（pH = 7.5、GH = 10d → pH = 4.1、GH = 1d），显示树脂可以把大约90﹪的暂时硬度离子的当量浓度消除，只把大约10﹪的永久硬度离子的当量浓度保留在水中，两者之比例（即暂时硬度约占90﹪、永久硬度只约占10﹪）已经远超出一般自来水的硬度组成范围之外，如果自来水经常性的暂时硬度真的那么高，开水烧起来，可能会产生不少茶垢。你问：使用氢型弱酸性离子交换树脂之后，GH应降至多少才算合理？如果能事先得知水样之暂时硬度及永久硬度的比例，大家即可依上述方法自己评估。例如，某水样中，已知暂时硬度约占40﹪、永久硬度约占60﹪，GH = 10d，则利用氢型弱酸性离子交换树脂之后，GH降至6 d，应该是合理的，如果降至1 d或9 d，显然是不合理的。以上答复若有错误，尚请大家不吝指正是幸！