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,下表摘自我所在城市最近的水质报告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)2.310
Barium (ppm)0.0372
Chloramines (ppm)1.17 – 3.734
Chromium (ppb)2.2100
Fluoride (ppm)0.61 – 0.804
Nitrate (ppm)0.2910
Selenium (ppb)2.050
Coliform (TCR)4.35% positive不超过 5%
Haloacetic Acids (HAA5s) (ppb)14.0 – 18.060
Total Trihalomethanes (TTHMs) (ppb)33.0 – 33.080
Copper (ppm)0.00 – 0.0841.3
Lead (ppb)0.0 – 9.615
Combined Radium (-226 & -228) (pCi/L)0.85
Alkalinity as CaCO3 (ppm)45.0300
Calcium (ppm)14200
Chloride (ppm)49250
Conductivity, Specific (µmhos/cm)4201500
Corrosivity (LANG)-0.340
Hardness, Total (ppm)83400
Magnesium (ppm)12150
Manganese (ppm)0.00130.05
pH8.58.5
Phosphorous, Total (ppm)0.115
Potassium (ppm)7.5100
Silica (ppm)1850
Sodium (ppm)41100
Solids, Total Dissolved (ppm)230500
Sulfate (ppm)63250

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:

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。

硬水中钙、镁化合物成分 | 图片来源:NCBI

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。

下面是美国地质调查局(USGS)发布的水源硬度地图,依据是 1975 年数据。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,我们州的水质非常硬。根据 2018 年的水质报告,我这个区域的水硬度为 81,属于中等硬度。

美国水源硬度地图 | 图片来源:USGS

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」。

水是人生大事

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:《美国脱发药物和生发产品介绍|米诺地尔 + 非那雄胺》 。
  • 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。

美国水源碱性地图 | 图片来源:USGS

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 等滤水器,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。

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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。

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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。

此外,钾盐比钠盐贵很多。我这里 Home Depot / Lowes 40 磅钠盐大概是 $7 一包,而 40 磅钾盐要 $30 一包

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。

图:Pelican Water Systems

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。

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