自来水的水垢,来自一场宫斗戏

2020-05-07
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水垢,它承受了太多不该承受的误解

每每说到“垢”,总容易让人联想到一些很脏的东西(抱歉,这里不想举栗)。自来水烧开后的水垢虽然不是传统意义上的深色系,但白色的水垢好像也挺难以让人接受。


从某大型供水企业的年度用户投诉记录中分析了解到,以水垢为主要缘由的投诉,大概占到全年投诉量的10%~20%,虽然绝大部分的用户都能在供水企业的解释下接受,但这样的循环年复一年、周而复始,似乎远远没有一个尽头。


关于水垢可以讲很多,今天,我只想先澄清一个最基本的误解:水垢≠污垢


水垢到底是长什么样的?





如果我们就拿一个开水壶为例,如果你能够发现水垢,那一般是两个形式:


(1)第一种形式是壶底部或者壁上所形成的白色水垢,这种现象一般很容易观察,我相信绝大部分地区家庭都能观察得到。对于某些特定地区,如果长时间不进行清洗,可能水垢将会积累成厚厚的一层,严重的甚至会影响开水壶的导热效率。



(2)第二种形式是煮沸后的水的表面,有时候会出现一些漂浮物,这些漂浮物类似晶体,半透明状,如幽灵般时隐时现。



我们姑且不刻板的说教水垢到底是什么,水垢会不会影响自来水的安全。只光从感官体验上来说,如果当我烧开一壶水,看到这些玩意,确实…… 我是不大愿意喝的。


但是,大家有没有发现,水垢似乎只有在烧开以后才会出现?而且,见过开水壶底结垢的多,见过水面上漂水垢的,好像要少很多吧?


这是为什么?


图片源自摄图网





水垢到底是怎么出现的?





我们先来做几个场景假设:


1、直接从龙头里放出来的冷的自来水——几乎没有水垢;


2、把龙头里放出来的自来水正好煮沸——可能出现了少量的水垢;


3、把煮沸了的自来水冷却到常温水平——他来了他来了,他脚踏祥云走来了!


为了说明这个问题,笔者把一壶自来水烧开,然后在自然冷却的过程中,用延时摄影的方式做了记录,从视频可以看到,刚刚煮沸的自来水,除了冒着热气外,水垢并不明显,但是随着水慢慢冷却,我们可以发现水中慢慢出现了白色的颗粒状的物体并快速地做着不规则的运动,随着时间推进,白色颗粒状物体进一步增多,但随着温度的下降,不规则运动的激烈程度降低。


看,水垢在跳舞。


简单的说,水垢的“变身”,其实是天然水体中镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)、碳酸氢根离子(HCO3-)、碳酸根离子(CO32-),以及氢氧根离子(OH-)的宫斗剧。






第一集

太后威震后宫






当自来水还是冷水的时候,水中的这些阳离子阴离子都处于离子形态,保持平衡,和谐共存,后宫相安无事。






第二集

太后薨逝,后宫无主






但是随着水被加热烧开,水中的二氧化碳逸出,水中的碳酸平衡被打破,就好像镇着后宫的老太后突然薨逝,一个个嫔妃终于控制不住了自己。最按奈不住自己的是碳酸氢根离子(HCO3-)妃,她变身为碳酸根离子(CO32-)、氢氧根离子(OH-)和二氧化碳,水中碳酸根离子(CO32-)、氢氧根离子(OH-)的“势力”开始急剧增多。



学过初中化学都知道,当镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)遇到碳酸根离子(CO32-)和氢氧根离子(OH-),一定会发生一些让你看得见的故事,但是当刚刚煮沸的水温度较高时,由于碳酸钙(CaCO3)和氢氧化镁(Mg(OH)2)的溶度积较大,沉淀物只是少量出现,大量潜在的水垢还是以离子的形式在沸水中“跳舞”,可以比喻为宫里恰好乱成一团,几个小毛贼此时的小举动并不容易被人察觉。






第三集

狄仁杰再世,水落石出






但是随着煮沸的水慢慢冷却,碳酸钙(CaCO3)和氢氧化镁(Mg(OH)2)在水中的溶度积逐渐变小,温度就好像后宫里抽丝剥茧寻找恶人的狄仁杰,在狄仁杰的春秋手法面前,碳酸钙(CaCO3)和氢氧化镁(Mg(OH)2)逐渐以晶体形式析出,就形成了漂浮在水面上的一层漂浮物。于是,后宫终于逐渐恢复了常态,几个小毛贼彻底暴露,差不多就是这个道理。



人越多的地方,是非越多;


后宫里娘娘越多,就更容易出幺蛾子;


而不同的地区,自来水水源中上述这些阳离子阴离子的浓度越高,烧开后水垢现象也就可能越明显。如果水源中钙镁等离子本来就比较丰富,那煮沸后水垢出现的概率就会大,如果水源中钙镁离子本来就很少,那水垢,自然也就很少甚至没有。


我们一般用TDS(溶解性总固体)和总硬度两项指标作为参考来判断,从专业角度,总硬度可能更为准确一点,但作为普通非专业的老百姓自己检测方便,可能TDS就用的更多一点。现在很多卖净水器的商家都会强调“TDS”的概念,宣称TDS越高污染越重,其实这种说法是完全错误的,TDS越高的水,烧开后水垢出现的概率越高,但和污染并没有关系。





水垢是中国特色的水污染问题吗?





答案显然是否定的。


如上文所说,“水垢”只是一种现象,本质是水体本身的“硬度”(指水中钙、镁离子的总浓度,包括碳酸盐硬度(即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的暂时硬度)和非碳酸盐硬度(即加热后不能沉淀下来的永久硬度)),诱因则是在煮沸和冷却过程中的一系列物理化学反应,当这三个前提都满足的前提下,我们才能观察到“水垢”,但如果观察不到,并不代表硬度就不存在。


如果我们将头脑发散一下,就会很容易联想到几个奇怪的小问题:



问题一:我花大价钱买的进口矿泉水,里面应该矿物质含量很高,但为什么没有水垢?


答案很简单,没有观察到水垢,是因为没有把矿泉水烧开了喝啊!如果你把矿泉水烧开再冷却,情况也是一样的。


本文上面的视频是作者用自来水(TDS速测笔测得大约为170左右)做的一次煮沸实验,水垢的情况大家肉眼可见。下面这段视频是作者用两瓶依云天然矿泉水(TDS速测笔测得大约为270左右)做的实验,煮沸后(真奢侈)……

“跳舞”的水垢简直是白茫茫一片!冷却后,开水壶壁上的水垢用手都搓不下来!然而,有人会说“依云矿泉水有严重污染”吗?


问题二:水垢和水污染有没有关系,有水垢的水到底能不能喝?


其实从问题一就很容易发现,水垢的“垢”,并不是“污垢”的“垢”,主要和水中的硬度等有关,和水体的污染没有绝对直接的联系。我国国家标准对自来水总硬度的限值要求是450 mg/L,与世界卫生组织的标准相近。如果水的总硬度高,可能更容易在煮沸后出现水垢,但只要是满足国家生活饮用水标准要求的自来水,都是健康的好水。


问题三:水垢为什么在我国特别突出,老外没有水垢问题吗?


前面提到过,水垢只是一种现象,是否会让我们观察到,与我们的饮水方式有关。中国人有喝热水的习惯,煮开后再冷却的水容易产生水垢现象,而老外更喜好直接喝冷水,这就回到了上面提到的瓶装矿泉水的问题,你看不到水垢,只是因为你没有去煮沸它,但并不代表水中的矿物质不存在。


当然,老外也有老外的烦恼,据说有报道称,一些自来水硬度较高地区的国家,普遍抱怨用自来水洗头更容易脱发,分析原因是“硬水和洗发露发生反应后的沉淀物会附着在头皮上堵塞毛孔引起脱发”,当然这条消息还没有经过严格的验证,暂且只作为一个小信息来源吧。





水里的硬度会对人体健康产生影响吗?





谈到这个话题,我们能够在网上看到五花八门的答案,似乎每个人的观点都是对的,但是细细品品,又会发现每个人的说法都有漏洞之处。


很多兜售净水器,特别是售卖反渗透净水器的商家喜欢鼓吹“硬度有害论”,会将钙镁离子直接等价为各位结石病,仿佛喝了有钙镁离子的水,就会引发结石,小孩老人尤其谨慎。


卖矿泉水的商家更喜欢拿出“长寿村”作为论点,强调长寿村的秘密,和水源丰富的矿物质有关,好像水中的矿物质就是万能的神药,有助于长生不老、延年益寿。


上面两种观点,无疑代表了两个极端,受各自的商业立场影响,显然都是不全面的。如果我们真的要客观分析这个问题,就要先搞明白三个问题:(1)钙镁等矿物质元素对人体健康的影响;(2)人类通过喝水摄入的钙镁等矿物质元素所占每日总需求量的比重;(3)我们通过饮水摄入的钙镁等矿物质元素,能够被人体所吸收的比例是多少。


这三个问题可以以后专门展开讨论,但是我们的已有知识能够很容易的发现,这三个问题的答案显然是因人而异的,和我们每个人的饮食习惯、饮食结构都有密切的关系,如果一刀切的回复“行”或者“不行”仿佛都不够严谨。结合我国一些膳食营养学研究方面的成果,水中的矿物质元素和人体健康应当存在一定的关联性,但这个关联性有多密切,是否密切到不可替代似乎还有待商榷,所以别过度去追捧或炒作一些概念,似乎是更为理性的态度。





如果我一定要喝热水,而且真的接受不了水垢怎么办?




确实,有人会说,我知道水垢不是污染物,但我确实过不了自己这一关,就是接受不了水垢怎么办?我们通过一些手段,让水的硬度降低,降低到不足以形成可见水垢的程度。


方法一就是——软水。传统的软水一般通过离子交换的方法,用钾、钠离子把水中心的钙、镁离子置换出来,使水的硬度降低,简单一点也可以理解为“交换人质”。软化过的水硬度确实能够实现下降,但并不代表水变成了纯净水。作者认为,如果家庭中有地暖系统,或者大体量的热水锅炉,作为延长家电使用寿命,减少家电结垢的需要,安装软水系统还是有一定必要的,但如果单纯为了饮用,特别是家中有患高血压等需要控制钠盐摄入的人群,在饮用软化水时,需要慎重。


方法二就是——纳滤膜或反渗透净水器。带有纳滤膜和反渗透膜的净水器,可以有效截留一定的钙、镁等水中离子,使出水更“纯”。但是,净水器还是应当结合当地自来水的实际情况和必要性“因地制宜”来进行选购(另行文介绍),并做好维护保养和耗材的及时更换。在自来水水质可控的前提下,净水器的价值更多是在“改善口感”以满足高品质生活需要上,而不要相信商家为了扩大销量,不负责任夸大甚至造谣自来水水质污染的一些宣传噱头。






我真的承受了太多——by 水垢


最后,还是想强调一下:水垢不是污垢,大家要科学看待啦。


(为通俗表达需要,部分观点的阐述“不尽严谨”,描述不一定“完全恰当”。如有观点错误,欢迎批评指正。)



参考文献

崔玉川. 饮水、微量元素与健康[J]. 净水技术, 2005,(1).

卢金锁, 陈 诚, 李 雄, 等. 饮用水水垢问题辨析[J]. 中国给水排水, 2019,(4).

《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)等