水的硬度多由于接触地质岩层，使水质中增加了钙盐和镁盐(碳酸盐、硫酸盐、氯化盐等)的含量。水的硬度可分为碳酸盐硬度(暂时硬度)及非碳酸盐硬度(永久硬度) 两种。两种硬度之和为水的总硬度。碳酸盐硬度系指水中含有钙、镁的碳酸盐及碳酸氢盐形成的硬度。当水经煮沸，水中碳酸氢盐放出二氧化碳变成碳酸盐而沉淀，使硬水软化。非碳酸盐硬度则指水中含有硫酸盐、硝酸盐、氯化盐等盐类形成的硬度。非碳酸盐硬度不能用煮沸法去除。

人们能接受的水硬度随各地个人的习惯而不同。中等硬度的水一般为60～120mg/L，有些人对150mg/L的水就不能接受，而另一些人则认为300～500mg/L是硬度的最高接受限额。用硬度高的水洗衣服浪费肥皂，而使用合成洗涤剂则不受硬度影响。此外，硬水能使煮水的壶底结水垢，减低壶的导热性;热水管内结水垢后，能使管内水流不畅，为了避免锅炉内结水垢，造成经济损失，其用水必须预先软化。

软化水质主要用化学软化剂，即向水中投加石灰和碳酸钠以去除溶解于水中的钙和镁，石灰同时有杀菌、除铁作用和协助澄清水质的作用。软化水质的另一种方法是离子交换法，将硬水通过某种阳离子交换剂滤层，使水中钙、镁离子与交换剂中钠离子交换而使水软化。

(1) 石灰-碳酸钠软水法：常用软水剂有石灰、碳酸钠、苛性钠等。生石灰一般含90%的氧化钙(CaO)和少量的氧化镁等杂质。使用时先将生石灰熟化为浆状熟石灰，调成约含5%氢氧化钙的石灰乳向水中投加，碳酸钠的纯度一般可达98%。水中投加的熟石灰与水中钙盐或镁盐作用变为碳酸钙或氢氧化镁等难溶解的盐类，再用沉淀池和过滤池处理。其化学反应式分别如下：

水中投加的苛性钠与重碳酸盐硬度起化学反应，变为碳酸盐，在反应过程中所产生的碳酸钠，又可与一部分非碳酸盐硬度相互作用，最后对难溶解的盐类再用沉淀池和过滤池处理：

水中含有非碳酸盐的镁盐时，可同时投加碳酸钠和熟石灰处理：

投加熟石灰能使水的pH值增加到10左右，从而水中的钙离子得到有效地去除。镁离子的去除则要求水的pH值更高一些，同时水中将出现多余的熟石灰。

用石灰软化后的水还含有少量能结为水垢的物质。因此，根据用水情况，有时对经石灰法软化过的水进行再度碳化处理，以减轻其潜在的结垢性。方法是投加二氧化碳以中和水中多余的熟石灰，成为碳酸钙而下沉：

用压缩泵把二氧化碳直接送至水池底部经小孔射出。反应池中水的pH值应在9.5以上。

(2) 离子交换软水法： 将硬度较高的水通过一个由阳离子交换剂所组成的过滤池，阳离子交换剂中的Na⁺、H+或NH₄⁺离子与水中Ca²⁺、Mg²⁺等形成硬度的离子交换，使硬度较高的水变为硬度较低的水。当滤池中离子交换剂的可交换离子耗尽后，可用含高浓度原有离子的再生溶液通过滤层，补充被消耗的离子，使之恢复原有的交换能力。

软化水质的阳离子交换剂有海绿石、含硅胶体沸石和聚苯乙烯等树脂。天然海绿石经过加工和化学处理，成为一种墨绿色的无机化合物，有较持久的离子交换性能。合成含硅胶体沸石可在干燥后压碎成颗粒状，制成柱状滤床，用以软化水质。近来上述两种软化水质的材料使用逐渐减少，而主要被聚苯乙烯树脂代替，人工合成的树脂多制成0.5mm直径的圆形颗粒，使用方便，效果良好。离子交换软水过程中的化学反应见“离子交换”条。软化水质的离子交换过程中，处理的水量一般为每立方米离子交换剂每小时处理硬水16～48m³。在反冲再生时可用80～320mg/L的盐水反冲25～45min，反冲速度一般为204～224L/m²。