美国的水质问题与硬水软化

不少人都说美国自来水可以直接喝，的确我生孩子住院时，请护士 mm 帮我递杯水，她转身去水龙头接了一杯水给我，我目瞪狗呆的同时，喝了那杯水，身体也没什么不舒服。也有不少小伙伴说来了美国水土不服，脱发掉发皮肤暗淡。所以美国水质到底算好还是不好？

美国监管水质的两个法案

The Clean Water Act

The Clean Water Act 是1972年通过并于1977年和1987年修订的联邦法律，管理着地表水的污染物排放，地表水包括湖泊、河流、溪流、湿地和沿海地区。 The Clean Water Act 由美国环境保护署（EPA）管理，该机构制定水质标准，处理执法，并帮助州和地方政府制定自己的污染控制计划。

The Safe Drinking Water Act

美国国会于1974年通过了「安全饮用水法」（The Safe Drinking Water Act，简称 SDWA），以保护公共健康，包括通过规范公共供水系统。我们的日常用水，是由 SDWA 监管的。

SDWA 要求 EPA 制定并执行公共饮用水系统必须遵循的标准。如果符合特定要求，EPA 也可以将公共供水系统的主要执法责任委托给州和印第安部落。

大多数美国人的饮用水由全美150,000个公共供水系统提供，市民可免费浏览部分城市的年度水质报告。在 EPA 官网选择州，再搜索城市名；或者直接 Google 城市 + 州 + water quality report。美国约有10%的人使用私人水井，私人水井不受 SDWA 监管。

举例，我所在的城市2018年的水质报告中，数据很长没时间可以不看，反正大肠杆菌、各种氯消毒代谢产物、重金属、矿物质的含量都在标准以内。

检测污染物	检测结果	规定上限
Arsenic (ppb)	2.3	10
Barium (ppm)	0.037	2
Chloramines (ppm)	1.17 - 3.73	4
Chromium (ppb)	2.2	100
Fluoride (ppm)	0.61 - 0.80	4
Nitrate (ppm)	0.29	10
Selenium (ppb)	2.0	50
Coliform (TCR)	4.35% positive	不超过 5%
Haloacetic Acids (HAA5s) (ppb)	14.0 - 18.0	60
Total Trihalomethanes (TTHMs) (ppb)	33.0 - 33.0	80
Copper (ppm)	0.00 - 0.084	1.3
Lead (ppb)	0.0 - 9.6	15
Combined Radium (-226 & -228) (pCi/L)	0.8	5
Alkalinity as CaCO3 (ppm)	45.0	300
Calcium (ppm)	14	200
Chloride (ppm)	49	250
Conductivity, Specific (µmhos/cm)	420	1500
Corrosivity (LANG)	-0.34	0
Hardness, Total (ppm)	83	400
Magnesium (ppm)	12	150
Manganese (ppm)	0.0013	0.05
pH	8.5	8.5
Phosphorous, Total (ppm)	0.11	5
Potassium (ppm)	7.5	100
Silica (ppm)	18	50
Sodium (ppm)	41	100
Solids, Total Dissolved (ppm)	230	500
Sulfate (ppm)	63	250

在这两个法案的监管下，不管是在规范的地点钓鱼划艇，还是在家里煮饭浇花，美国的水质都是可以放心的。如果水质不达标，当地卫生部会及时发布警告信息。比如：

• 前两天，因为供水系统压力不足，我们收到了州卫生部发的 boil water advisory，说饮用水中的细菌可能超标， 建议煮沸后饮用或购买瓶装水。
• 同样是上周，附近的湖因为蓝绿藻繁殖，湖水受到污染，州卫生部也发出了警告信。

硬水 vs 软水

很多人觉得美国的水质不好，其实是硬水和软水的不同体验感。含有较多钙离子和镁离子的水称之为硬水，反之则为软水。钙离子和镁离子的存在形式有碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐和氯盐。

碳酸盐可通过加热煮沸或加入石灰水 Ca(OH)₂ 使之沉淀，这些可下降的硬度称为暂时硬度；由硫酸盐和氯盐产生的硬度称为永久硬度。美国的硬水标准以钙离子计算，碳酸钙浓度 0 - 60 mg/L 为软水，61 - 120 mg/L 为中等硬度，121 - 180 mg/L 为硬水，高于 180 mg/L 则是非常硬的水。其他国家有别的算法。

下面这幅美国水源硬度地图，依据的是1975年发布的数据。不过，地下水的化学成分相对稳定，这些数据在当前评估中仍然有很大的参考作用。很不幸我在 Kansas，我们的水质非常硬。不过根据2018年的水质报告，我这儿的水的硬度为81，属于中等硬度。

硬水对健康的影响

饮用硬水对健康不但没有危害，硬水中的矿物质本身还可做为钙镁等矿物质的膳食补充剂。世界卫生组织的文献显示 ^[来源]，人体可从食物中摄入日常所需80%的钙和镁，其中30%钙和25%镁可被吸收，饮水则可提供人体5-20%的钙和镁。钙和镁摄入不足的人群，喝水就能补钙，简直不要太省钱。NCBI 的文献也显示 ^[来源]，硬水对心脑血管健康有益，但证据仍在争论中，并未证实因果关系，正在进行进一步的研究。

钙离子浓度较高的水喝起来有味道，口感不是很好，这跟你买矿泉水喝一样。一些平时生活在软水地区的人，来到硬水地区，临时改喝硬水可引起暂时性的胃肠功能紊乱，俗称「水土不服」。

硬水对生活的影响

硬水的「危害」主要体现在生活用水上：

• 衣服洗后板结、变硬、褪色
• 需要更多洗衣液、肥皂才能洗干净衣服
• 洗碗后餐具表面有矿物质残留
• 洗澡后矿物质在皮肤、头发上残留。但掉发真不关硬水的事。
  延伸阅读：《美国防治脱发的药物和生发保健品》。
• 肥皂软渣凝结在淋浴间和浴缸（超级恶心）
• 水壶、厨卫电器、供水管道、供水设备里结水诟

水的酸碱度

水本身是中性的，但水源中的矿物质可使水变成弱碱性。

可以看到，硬水地区，水源的碱性也比较高。但水的酸碱性会人体健康基本没有影响，人体有一套非常完善的代谢系统，可以双向调节酸碱，使体内的不同部位的酸碱值始终保持稳定。所以水就是水，无需纠结酸碱性，我们更需要注意的是饮用水的清洁、无污染、和无重金属。

水的软化

虽说硬水对身体有益，不过那种口感不是人人能接受，很多人还是喜欢「农妇、山泉、有点儿田」的味道。改善水的口感有几种方法：买瓶装水、安装过滤水龙头或使用过滤水壶。

过滤水龙头、滤水壶

PUR、Brita 等过滤水器／水龙头，可以过滤水中的微生物及氯、铅、水银等有害物质，并不能使硬水软化。

将硬水软化主要就是除去水中的钙离子和镁离子。上面提到，水中的碳酸盐可通过加热方法或加入石灰水使之沉淀，过滤掉沉淀物即可降低一些硬度。最简单的方法，就是将水烧开后，再倒入过滤水壶。不过这样除去的只是一丢丢硬度，基本上就是个心理安慰。

反渗透净水器

反渗透净水器的核心是反渗透膜，它的孔隙是纳米级，比水分子大的杂质、重金属离子、钙镁离子都过不来，过滤后的水几乎为纯净水，可直接饮用。反渗透净水器需要定期更换滤芯，而且并不能1：1净化，会产生废水。

下面这个净水器号称能过滤掉0.0001 μm大小的物质，我想应该是笔误，因为水分子平均大小是0.0003 μm。如果反渗透膜的孔隙真的只有0.0001 μm，那么连水分子都过不来了。

家用软水器

家用软水器的原理就是将水中的钙镁离子用钠离子置换。软化后的水洗衣服、洗澡就不再有矿物质残留，淋浴间、马桶水垢变少，延长水管寿命。水越硬，置换出来的钠含量就越高。极硬水地区，用这种方法软化的水中钠离子含量过高，不可饮用、不可做烹饪用水、也不能浇花。家用软水器不但体积很大，还要定时补充钠盐。

现在也有用钾盐代替钠盐，来置换钙镁离子，这样软化的水就含有钾而不是钠。同理，水越硬，置换出来的钾含量就越高。钾虽然是人体必需的元素之一，但也有每日最高摄入量的建议。根据世界卫生组织的数据 ^[来源]，水中的钾离子浓度在80 mg/L 或以下，才可饮用。如果你打算用钾盐来软化水，要先测量软化水中的钾离子含量，再考虑要不要做为日常饮用水。

模块辅助结晶技术软水器

近来有一种号称不用电、不用钠/钾盐的家用软水器，它使用 Template Assisted Crystallization （模块辅助结晶技术）技术，将特殊处理过的介质珠粒做为「诱导种子」，使水中的碳酸钙形成微晶，再通过珠粒的摩擦和水的剪切力，将这些微晶释放到水中。由于碳酸钙微晶不带电荷而且非常微小，因此不会吸附在管道中形成水垢。

此类代表厂家有 Pelican Water Softener & Filter Combination Systems。 以上原理也是我从它的官网截取翻译的。以我的理解，TAC 技术软水器的实际作用是防止水垢附着，按照它的理论，碳酸钙微晶继续释放在水中，并没有被除去，水的硬度并没有改变。我认为它被称作 water softener 有点名不副实，更应该被称作 water conditioner/enhancer 之类。

电水质优化器

电水质优化器并不改变水中的矿物质成分，而是用电磁感应产生磁场，碳酸钙分子在磁场能量的影响下形成方解石结构，硬度和密度变小、溶解度较高，不会沉积在器材表面、管道和设备内部。电水质优化器的主要作用也是防水垢，它并没有除去水中的钙镁离子。若没有经过离子交换软水器或反渗透净水器，你喝到的还是硬水。

美国的瓶装水、滤水壶和净水器

美国很多人直接饮用自来水（tap water)，但我不太能接受，一是觉得味道怪，二是觉得还是不安全不卫生。

其实，美国针对饮用水的监管和执法还是比较严格的。国会在1974年通过了《安全饮用水法案》，并在1984年和1996年两次修订以保证用水安全。美国国家环境保护局也制定了一套严格的监管标准来管控公共供水系统，对各项物质的浓度、生菌计数、统计质、有害物质等都做了严格的规定。同时，各州政府还可以制定更为严格的州立标准来监管供水系统。

但是，近几年爆出来的水污染问题，还是让不少人担心，比如密歇根 Flint 水污染事件、纽约时报关于水污染的报道等。直喝自来水到底是否卫生，恐怕没人敢100%保证。

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