水の硬度は、基本的に二価陽イオン（主に Ca2⁺ と Mg2⁺、そして少量の Sr2⁺、Ba2⁺、Fe2⁺ も含む）の濃度の尺度です。
水化学や工学処理において、硬度は一時的硬度と永久的硬度に分類されます。一時硬度は、水中の重炭酸塩 (HCO₃⁻) および炭酸塩 (CO₃²⁻) に結合したカルシウムおよびマグネシウムイオンの濃度です。天然水のpHは通常8.3未満であるため、主に重炭酸塩（Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂）の形で存在します。
水が60〜70度以上に加熱されると、熱分解反応が起こり、炭酸塩が沈殿します。
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (中間生成物、さらに加水分解されて Mg(OH)₂)
その理論上の最大値は、水の総アルカリ度 (主に HCO₃⁻) によって制限されます。総硬度 > 総アルカリ度の場合、炭酸塩硬度=総アルカリ度になります。これが水収支計算の核心です。
永久硬度は、カルシウム、マグネシウム、および硫酸塩 (SO42-)、塩化物 (Cl-)、硝酸塩 (NO3-) などの強酸アニオン (例: CaSO4、MgCl2) の組み合わせによって形成される塩です。
これらの塩は溶解度が高く（たとえば、CaSO4 の溶解度は 25 度で約 2.1 g/L）、沸騰後に炭酸塩の沈殿を生成しないため、「永久」という用語が付けられます。しかし、高温高圧下 (ボイラー内など) では、溶解度が逆転し (温度の上昇とともに低下し)、より有害な硬くて緻密な硫酸カルシウムのスケールが形成されます。
国際的には、計算と比較を容易にするため、mg/L CaCO₃ (炭酸カルシウムとして計算) が標準単位として使用されています。
WHO の *飲料水の品質に関するガイドライン* では、必須の硬度制限は設定されていませんが、理想的な範囲は 60～120 mg/L である可能性があり、過度に低い硬度による腐食のリスクが強調されています。{0}<30 mg/L).
中国の *飲料水品質基準* では、硬度制限を 450 mg/L と定めています（感覚上の考慮事項と水使用装置に基づく）。-
米国のほとんどの水道会社は、150 ～ 200 mg/L 未満の硬度を推奨しています。
カルシウムの硬度とマグネシウムの硬度
1 mmol/L の Ca2⁺ は CaCO₃ として 100 mg/L を生成し、1 mmol/L の Mg²⁺ は CaCO₃ として 122 mg/L を生成します。これは、同じ質量濃度では、マグネシウムイオンがより高いモル硬度に寄与することを意味します。
炭酸カルシウム (CaCO₃) スケールは緻密で硬く、温水パイプによく見られます。水酸化マグネシウム (Mg(OH)₂) またはケイ酸マグネシウムのスケールは、緩くて滑りやすいですが、高温ではより安定です。
Magnesium is an essential element for the human body. Studies have shown a negative correlation between magnesium content in drinking water and cardiovascular disease mortality. The World Health Organization recommends that the magnesium content in drinking water should be >10 mg/L (CaCO₃ マグネシウム硬度として約 41.5 mg/L)。
研究によると、質量比が 2:1 (Ca:Mg) に近い水は人間のミネラル代謝にとってより有益である可能性があり、天然の高品質ミネラルウォーターの比に近いことが示されています。-