WHO-《饮用水中的硬度》(Hardness in Drinking-water)2011

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这份世界卫生组织（WHO）2011年发布的文件《饮用水中的硬度》（Hardness in Drinking-water），系统阐述了饮用水硬度的定义、人体摄入途径、对健康的潜在影响（特别是钙和镁）、对供水系统的影响，以及水处理和政策制定的结论。

系统性总结：

一、 饮用水硬度的定义与来源

• 定义：水硬度是衡量水与肥皂反应能力的传统指标（硬度越高，越难起泡）。它并非由单一物质引起，而是由多种溶解的多价金属阳离子所致，主要为钙（Ca²⁺）和镁（Mg²⁺），此外铝、钡、铁、锰、锶、锌等也有些许贡献。  
• 硬度分类（以碳酸钙 $\text{CaCO}_3$ 当量计）：  
  • 软水：$< 60 \text{ mg/l}$
      
  • 中度硬水：$60 - 120 \text{ mg/l}$
      
  • 硬水：$120 - 180 \text{ mg/l}$
      
  • 极硬水：$> 180 \text{ mg/l}$
      
    
    
• 主要来源：主要来自沉积岩（如石灰岩和白垩岩）中溶解的多价金属离子、土壤的渗漏和径流。
  
  

6 z! o9 Q! Z& [, Y! h) N! g二、 环境水平与人体摄入

• 水中含量：地下水的硬度通常高于表面水。天然水源中，钙浓度通常可达并超过 $100 \text{ mg/l}$；镁浓度通常较低（从微量到约 $50 \text{ mg/l}$，极少超过 $100 \text{ mg/l}$），因此硬度通常以钙为主。  
• 膳食来源：食物是人体摄入钙和镁的主要来源，通常占总日摄入量的 80% 以上。  
  • 钙：乳制品是最高效的来源（贡献了许多膳食中50%以上的钙）。豆类、绿叶蔬菜等也有贡献，但若含有高浓度草酸或植酸，其生物利用率较低。
  • 镁：来源更广泛，包括乳制品、蔬菜、谷物、水果和坚果。
    
    
• 饮用水的贡献：饮用水对每日钙和镁摄入量的典型贡献率为 5% - 20%。但在膳食摄入不足的地区，饮用富含矿物质的水可提供重要的营养补充。
  
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三、 对健康的影响

钙和镁都是人体必需的矿物质，摄入不足或过量都会对健康产生影响。

1. 钙（Calcium）

• 摄入不足：与骨质疏松症、肾结石（膳食钙可降低结石风险，但空腹服用高剂量钙补充剂可能增加风险）、结直肠癌、高血压、中风、冠心病、胰岛素抵抗和肥胖有关。目前主要根据骨骼健康（优化骨密度）来评估钙的需求量。
• 摄入过量：健康人可通过体内紧密调节的吸收和排泄机制防止钙过载，多余的钙通过肾脏排出。但对易患“奶碱综合征”（高钙血症、代谢性碱中毒和肾功能不全并存）的人群和高钙血症患者而言，过量摄入值得关注。
  
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2. 镁（Magnesium）

• 摄入不足：镁是细胞内第二大阳离子，是约350种细胞酶的辅因子。低镁状态与内皮功能障碍、血管反应增加、C反应蛋白升高和胰岛素敏感性降低有关，并在高血压、冠心病、2型糖尿病、代谢综合征及心律失常的病因中起到一定作用。此外，酗酒、肠道吸收不良和使用某些药物（如利尿剂、抗生素）也会导致镁流失。
• 摄入过量：健康人摄入过量镁盐通常只会导致暂时性的拉肚子（特别是当饮用水中镁和硫酸盐浓度同时超过 $250 \text{ mg/l}$ 时有导泻作用）。高镁血症的主要诱因是肾功能不全导致的排镁能力显著下降。
  
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3. 流行病学研究与湿疹

• 流行病学研究：许多生态流行病学研究报告了水硬度与心血管疾病死亡率之间存在负相关（即保护作用），其中镁的保护作用较钙更明显（通常在镁浓度 $\ge 10 \text{ mg/l}$ 时观察到显著益处），但目前这些研究仍存在争议，未能证实确切的因果关系。
• 湿疹风险：有研究建议，硬水可能增加儿童患特应性湿疹的风险或加重病情，这可能是因为在硬水中洗涤需要更多肥皂，导致金属或皂盐残留积聚在皮肤或衣服上，引起接触性刺激。
  
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四、 其他考虑因素与供水系统

• 口感接受度：矿物质影响水的口感，去矿物质水（如纯净水）口感偏扁平。
• 结垢与腐蚀：
  • 硬水会导致管道、热水器结垢，降低热交换效率，增加肥皂消耗。
  • 未稳定化的软水具有极强的腐蚀性，容易腐蚀金属管道，导致铜、铅、锌、镉等重金属析出并溶入饮用水中，带来健康风险并缩短供水网络寿命。
    
    
• 水质调理与处理技术：
  • 集中软化：常采用石灰或石灰苏打软化法，降低钙硬度，处理后需进行稳定化以控制腐蚀性。
  • 淡化（海水淡化/反渗透）：脱盐水（反渗透、热蒸馏等）会剥离几乎所有矿物质，极具腐蚀性，必须在分配前通过添加石灰、碱度或螯合剂进行稳定化。
  • 家用净水设备：
    • 离子交换软化器：用钠离子交换钙、镁等双价离子，能防结垢，但会降低水中钙、镁含量并增加钠含量。
    • 反渗透和蒸馏器：会去除几乎所有矿物质。长期饮用此类去矿物质水可能降低人体的矿物质摄入量，应向用户说明此情况。可采取仅软化热水管线、部分旁路混合或添加再矿化装置等方法缓解。
      
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五、 报告结论

• 无指导值（Guideline Values）：由于目前没有足够且令人信服的数据来建议饮用水中矿物质的最低或最高限值，因此 WHO 未对饮用水硬度、钙或镁设定具体的卫生指导值。
• 兼顾美观与健康：水硬度的调整主要出于消费者对口感的接受度、经济和运行管理的考虑（防结垢和防腐蚀）。
• 营养管理建议：
  
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  • 饮用水是膳食钙和镁的补充来源，对边际缺乏人群尤为重要。
  • 当使用去矿物质水（如淡化水、回收水）代替或补充传统水源时，水厂应在调理稳定化过程中考虑重新添加钙、镁盐，使其达到与原水源相似的浓度。
  • 公众应当有权知晓其饮用水（包括瓶装水）的矿物质组成。
    
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这份WHO文件中，针对水硬度的具体数值分类：

• 软水：$< 60 \text{ mg/l}$
    
• 中度硬水：$60 - 120 \text{ mg/l}$
    
• 硬水：$120 - 180 \text{ mg/l}$
    
• 极硬水：$> 180 \text{ mg/l}$
    
  
  

这套经典的四级分类标准，其原始源头是美国地质调查局（USGS）的意见。

关于这一点，可以从以下两个层面来理解：

1. 标准的提出者（USGS）

这套分类区间（以 $60$、$120$、$180$ 为界限）是美国地质调查局（USGS）长期以来用于衡量和分类美国水资源硬度的官方科学标准。WHO 报告在该部分引用了学者麦高恩（McGowan, 2000）的研究，而该研究采用的正是 USGS 的经典分类体系。  

2. WHO 对此的态度

• WHO 本身并不提出官方的硬度分类标准。WHO 在其《饮用水水质准则》中明确表示：由于目前没有足够且令人信服的健康证据来规定水中矿物质的最低或最高限值，因此 WHO 没有针对水硬度（或钙、镁含量）设定任何卫生指导值或官方推荐分类。  
• 文件中之所以列出这套标准，是为了客观客观地引用和总结现有的行业科学共识，以便让读者直观理解在水处理和日常生活中，多高的数值会被大众“普遍认为”是硬水或软水。  
  
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简而言之：这套具体的硬度数值区间是美国地质调查局（USGS）的标准，WHO 在其技术背景文件中引用并承认了这一广为流传的分类方式，用以进行学术讨论和技术说明，但其本身并不是由 WHO 制定或发布的官方卫生指标。

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