不少人都說美國自來水可以直接喝，的確我生孩子住院時，請護士 mm 幫我遞杯水，她轉身去水龍頭接了一杯水給我，我目瞪狗呆的同時，喝了那杯水，身體也沒什麼不舒服。也有不少小夥伴說來了美國水土不服，脫髮掉發皮膚暗淡。所以美國水質到底算好還是不好？
美國監管水質的兩個法案The Clean Water ActThe Clean Water Act 是 1972 年通過並於 1977 年和 1987 年修訂的聯邦法律，管理著地表水的污染物排放，地表水包括湖泊、河流、溪流、濕地和沿海地區。 The Clean Water Act 由美國環境保護署（EPA）管理，該機構制定水質標準，處理執法，並幫助州和地方政府制定自己的污染控制計劃。
The Safe Drinking Water Act美國國會於 1974 年通過了「安全飲用水法」（The Safe Drinking Water Act，簡稱 SDWA），以保護公共健康，包括通過規範公共供水系統。我們的日常用水，是由 SDWA 監管的。
SDWA 要求 EPA 制定並執行公共飲用水系統必須遵循的標準。如果符合特定要求，EPA 也可以將公共供水系統的主要執法責任委託給州和印第安部落。
大多數美國人的飲用水由全美 150,000 個公共供水系統提供，市民可免費瀏覽部分城市的年度水質報告。在 EPA 官網選擇州，再搜索城市名；或者直接 Google 城市 + 州 + water quality report。美國約有 10% 的人使用私人水井，私人水井不受 SDWA 監管。
舉例，下表摘自我所在城市最近的水質報告。數據很長沒時間可以不看，反正大腸桿菌、各種氯消毒代謝產物、重金屬、礦物質的含量都在標準以內。
| 檢測污染物 | 檢測結果 | 規定上限 |
|---|---|---|
| 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 | 不超過 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 |
在這兩個法案的監管下，不管是在規範的地點釣魚划艇，還是在家裡煮飯澆花，美國的水質都是可以放心的。如果水質不達標，當地衛生部會及時發布警告信息。比如：
- 前兩天，因為供水系統壓力不足，我們收到了州衛生部發的 boil water advisory，說飲用水中的細菌可能超標， 建議煮沸后飲用或購買瓶裝水。
- 同樣是上周，附近的湖因為藍綠藻繁殖，湖水受到污染，州衛生部也發出了警告信。
很多人覺得美國的水質不好，其實是硬水和軟水的不同體驗感。含有較多鈣離子和鎂離子的水稱之為硬水，反之則為軟水。鈣離子和鎂離子的存在形式有碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽和氯鹽。
硬水中鈣、鎂化合物成分 | 圖片來源：NCBI碳酸鹽可通過加熱煮沸或加入石灰水 Ca(OH)2 使之沉澱，這些可下降的硬度稱為暫時硬度；由硫酸鹽和氯鹽產生的硬度稱為永久硬度。美國的硬水標準以鈣離子計算，碳酸鈣濃度 0 – 60 mg/L 為軟水，61 – 120 mg/L 為中等硬度，121 – 180 mg/L 為硬水，高於 180 mg/L 則是非常硬的水。其他國家有別的演算法。
下面是美國地質調查局（USGS）發布的水源硬度地圖，依據是 1975 年數據。不過，地下水的化學成分相對穩定，這些數據在當前評估中仍然有很大的參考作用。很不幸我在 Kansas，我們州的水質非常硬。根據 2018 年的水質報告，我這個區域的水硬度為 81，屬於中等硬度。
美國水源硬度地圖 | 圖片來源：USGS硬水對健康的影響飲用硬水對健康不但沒有危害，硬水中的礦物質本身還可做為鈣鎂等礦物質的膳食補充劑。世界衛生組織的文獻顯示 [來源]，人體可從食物中攝入日常所需 80% 的鈣和鎂，其中 30% 鈣和 25% 鎂可被吸收，飲水則可提供人體 5-20% 的鈣和鎂。鈣和鎂攝入不足的人群，喝水就能補鈣，簡直不要太省錢。NCBI 的文獻也顯示 [來源]，硬水對心腦血管健康有益，但證據仍在爭論中，並未證實因果關係，正在進行進一步的研究。
鈣離子濃度較高的水喝起來有味道，口感不是很好，這跟你買礦泉水喝一樣。一些平時生活在軟水地區的人，來到硬水地區，臨時改喝硬水可引起暫時性的胃腸功能紊亂，俗稱「水土不服」。
硬水對生活的影響硬水的「危害」主要體現在生活用水上：
- 衣服洗后板結、變硬、褪色。
- 需要更多洗衣液、肥皂才能洗乾淨衣服。
- 洗碗后餐具表面有礦物質殘留。
- 洗澡后礦物質在皮膚、頭髮上殘留。但掉發真不關硬水的事。
延伸閱讀：《美國防治脫髮的藥物和生髮保健品》。 - 肥皂軟渣凝結在淋浴間和浴缸（超級噁心）。
- 水壺、廚衛電器、供水管道、供水設備里結水詬。
水本身是中性的，但水源中的礦物質可使水變成弱鹼性。
美國水源鹼性地圖 | 圖片來源：USGS可以看到，硬水地區，水源的鹼性也比較高。但水的酸鹼性會人體健康基本沒有影響，人體有一套非常完善的代謝系統，可以雙向調節酸鹼，使體內的不同部位的酸鹼值始終保持穩定。所以水就是水，無需糾結酸鹼性，我們更需要注意的是飲用水的清潔、無污染、和無重金屬。
水的軟化雖說硬水對身體有益，不過那種口感不是人人能接受，很多人還是喜歡「農婦、山泉、有點兒田」的味道。改善水的口感有幾種方法：買瓶裝水、安裝過濾水龍頭或使用過濾水壺。
過濾水龍頭、濾水壺PUR、Brita 等濾水器，可以過濾水中的微生物及氯、鉛、水銀等有害物質，並不能使硬水軟化
將硬水軟化主要就是除去水中的鈣離子和鎂離子。上面提到，水中的碳酸鹽可通過加熱方法或加入石灰水使之沉澱，過濾掉沉澱物即可降低一些硬度。最簡單的方法，就是將水燒開后，再倒入過濾水壺。不過這樣除去的只是一丟丟硬度，基本上就是個心理安慰。
反滲透凈水器反滲透凈水器的核心是反滲透膜，它的孔隙是納米級，比水分子大的雜質、重金屬離子、鈣鎂離子都過不來，過濾后的水幾乎為純凈水，可直接飲用。反滲透凈水器需要定期更換濾芯，而且並不能 1：1 凈化，會產生廢水。
下面這個凈水器號稱能過濾掉 0.0001 μm 大小的物質，我想應該是筆誤，因為水分子平均大小是 0.0003 μm。如果反滲透膜的孔隙真的只有 0.0001 μm，那麼連水分子都過不來了。
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家用軟水器的原理就是將水中的鈣鎂離子用鈉離子置換。軟化后的水洗衣服、洗澡就不再有礦物質殘留，淋浴間、馬桶水垢變少，延長水管壽命。水越硬，置換出來的鈉含量就越高。極硬水地區，用這種方法軟化的水中鈉離子含量過高，不可飲用、不可做烹飪用水、也不能澆花。家用軟水器不但體積很大，還要定時補充鈉鹽。
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現在也有用鉀鹽代替鈉鹽，來置換鈣鎂離子，這樣軟化的水就含有鉀而不是鈉。同理，水越硬，置換出來的鉀含量就越高。鉀雖然是人體必需的元素之一，但也有每日最高攝入量的建議。根據世界衛生組織的數據 [來源]，水中的鉀離子濃度在 80 mg/L 或以下，才可飲用。如果你打算用鉀鹽來軟化水，要先測量軟化水中的鉀離子含量，再考慮要不要做為日常飲用水。
此外，鉀鹽比鈉鹽貴很多。我這裡 Home Depot / Lowes 40 磅鈉鹽大概是 $7 一包，而 40 磅鉀鹽要 $30 一包。
模塊輔助結晶技術軟水器近來有一種號稱不用電、不用鈉/鉀鹽的家用軟水器，它使用 Template Assisted Crystallization（模塊輔助結晶技術）技術，將特殊處理過的介質珠粒做為「誘導種子」，使水中的碳酸鈣形成微晶，再通過珠粒的摩擦和水的剪切力，將這些微晶釋放到水中。由於碳酸鈣微晶不帶電荷而且非常微小，因此不會吸附在管道中形成水垢。
圖：Pelican Water Systems此類代錶廠家有 Pelican Water Softener & Filter Combination Systems。 以上原理也是我從它的官網截取翻譯的。以我的理解，TAC 技術軟水器的實際作用是防止水垢附著，按照它的理論，碳酸鈣微晶繼續釋放在水中，並沒有被除去，水的硬度並沒有改變。我認為它被稱作 water softener 有點名不副實，更應該被稱作 water conditioner/enhancer 之類。
電水質優化器電水質優化器並不改變水中的礦物質成分，而是用電磁感應產生磁場，碳酸鈣分子在磁場能量的影響下形成方解石結構，硬度和密度變小、溶解度較高，不會沉積在器材表面、管道和設備內部。電水質優化器的主要作用也是防水垢，它並沒有除去水中的鈣鎂離子。若沒有經過離子交換軟水器或反滲透凈水器，你喝到的還是硬水。
Fan Zhao·2022-02-08
