為了維持身體運作正常與健康,依各人的體型差異,平均每人每日約須飲用1500至3000毫升的水。然隨著工業的發展,因而衍生出了各種不同的水污染媒介,人們一旦飲用到這些污染的水,其中之化學毒素、重金屬等,日積月累貯存於人體內,隨時間累積到一定量,自然就會使人發病。因此如何安全飲用水,對人體健康甚為重要。
假若沒有工業污染(如重金屬及化學毒物等),由下雨所形成的天然水,如河水、溪水、泉水或地下水等,經由地面收集過濾的過程,自然或多或少會溶解吸收泥土或岩石中的礦物質,當然也一定會遭到細菌的污染;這些含有礦物質的清水,透過煮沸3-5分鐘,將所有如細菌等的微生物殺死後,絕對可以稱得上最有益於人體健康水源之一,而毫無疑義。
但由於工業化及水源區的濫墾的結果,使得台灣水庫的水,須經由自來水公司的適當處理後,方達飲用標準。一般水質的污染,約可分成三種,如下:
1. 微生物污染:如細菌、病毒等。
2. 物理性污染:如懸浮性顆粒等,形成飲用水濁度及色度的不同。
3. 化學性污染:如重金屬污染(例如鉛、鎘、砷、汞等)、無機毒物(例如餘氯、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等)、及有機毒物等(例如酚類、戴奧辛、界面活性劑、農藥等)。
軟水與硬水
若非純水(purified water),一般水中均含有礦物質鹽類,而水的硬度主要是由鈣及鎂鹽類的含量多寡所決定,鈣及鎂鹽類通常包含酸式碳酸鈣(Ca(HCO3)2)、酸式碳酸鎂(Mg(HCO3)2)、硫酸鈣(CaSO4)、硫酸鎂(MgSO4)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)等鹽類。水的「硬度」,是經由計算水中的鈣及鎂含量多寡而得,計算式為:硬度(ppm) = 每公升水中所含的鈣(毫克) ´ 2.5 +每公升水中所含的鎂(毫克) ´ 4.1。通常,硬度在178 ppm以下,稱為軟水,而硬度在357 ppm以上,即稱為硬水。硬水又分兩種,一為暫時硬水,水中的鈣及鎂鹽類主要為酸式碳酸鈣或酸式碳酸鎂,因其硬度透過煮沸即可被消除,反應式為,Ca(HCO3)2(aq) à CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l);另一種為永久硬水,即水中的鈣及鎂鹽類主要為碳酸鹽類或氯化物,無法利用簡單的煮沸法去除其硬度。
硬水,有許多缺點,例如硬水不能直接進鍋爐,因為硬水燒煮後,會在爐壁結白垢,使熱量不易傳導入水中,易導致爐壁溫度過高而產生爆炸。而硬水用來洗滌衣服時,由於肥皂或洗潔精中常含有硬脂酸鈉,易生成不溶性的硬脂酸鈣或硬脂酸鎂,不僅降低洗滌效果,而且硬脂酸鈣或硬脂酸鎂會沉積於織物上,曬乾後,則易使織物形成污點或變硬。
對於自來水,因為在自來水公司的水處理過程中,已包含了軟化處理,因此對一般家常生活,並不會產生硬水的困擾。然而,若使用地下水或泉水等天然水,則較會有硬水的困擾。
於此,必須慎重一提的是,除非硬度太高太高,否則飲用硬度較高的水,對健康的人體是無害的,但在使用硬度較高的水,茶壺燒煮後,茶壺壁易產生白垢,然只要定期使用食用醋搓洗即可,實勿須擔憂。
淺談水之過濾
水的過濾,係利用濾心的孔徑大小,來去除比濾心孔徑大的雜質。一般水質中污染物的大小(或指平均直徑,size),如細菌的大小,約在0.2~5微米(mm)之間,病毒(virus),則約在0.01~0.08微米之間,單一水分子大小,約為0.000276微米(即2.76埃),單一鈉離子(bare sodium ion)大小,約為0.00019微米(即1.9埃),而單一鉛離子(Pb2+),約為0.00024微米(即2.4埃)。
從以上污染物大小數據約略來看,金屬離子的大小,比水分子還小,似乎沒有方法可以過濾金屬離子。然而慶幸的是,金屬離子在水中,其表面通常會緊緊的結合數個水分子,亦即金屬離子表面會緊緊覆蓋一層水分子層,使得披覆有水分子層的金屬離子,其大小通常超過0.00035微米(及3.5埃),比單一水分子還大。因此只要所使用的濾心的孔徑,只要在0.00029-0.00035微米之間,那麼理論上應只有水分子可以通過濾心,而幾乎所有的金屬離子、有機分子、無機鹽類,通通都將被排除在外,因此經如此過濾的水,便是名符其實不含一點雜質的「純水」了。
依照過濾濾心的孔徑大小,其過濾過程可以分離出的污染物,列表如下:
濾心孔徑(微米) 過濾種類 主要分離物質
0.1 ~ 1 微過濾(microfiltration) 細菌、懸浮顆粒
0.005 ~ 0.1 超過濾(ultrafiltration) 細菌、懸浮顆粒、大分子有機物
0.001 ~ 0.005 奈米過濾(nanofiltration) 細菌、懸浮顆粒、大分子有機物、部分無機鹽類
< 0.001 (約10埃) 逆滲透(reverse osmosis) 除少數金屬離子外,其餘皆被分離
基本上,由聚丙烯(polypropylene,或稱PP)塑膠絲所纏繞形成的PP濾心,其孔徑通常在1微米以上,因此較無法達到微過濾(microfiltration)的效果。而要達到微過濾的效果的濾心,則通常須使用活性碳濾心或陶瓷濾心這兩種。而要達到奈米過濾或逆滲透的效果,則通常必須要採用塑膠薄膜,作為濾心,才有辦法。
逆滲透之簡介
由於家庭中,使用「蒸餾法」生成純水,速度慢,有其不方便性,於是「逆滲透法」(reverse osmosis,或稱RO)便成為一般家庭用於生成純水的主流方法。通常經由逆滲透法所得到的純水,大家習慣稱做「逆滲透水」或「RO水」。
逆滲透法,過濾程序頗為複雜,必須先將大小在1微米以上的污染物及水中餘氯先行分離去除,然後才可以利用逆滲透薄膜的濾心,進行過濾;若不先分離1微米以上的污染物,易使逆滲透薄膜阻塞,而若不先分離去除水中餘氯,則氯會損害逆滲透薄膜。因此,逆滲透法通常包含幾道過濾步驟,舉例來說,通常會先用第一道5微米孔徑的PP濾心,初步去除淤泥及大顆粒雜質,第二道濾心則通常利用椰殼燒製食品級的活性碳,吸附水中餘氯及其它化學成分,第三道濾心通常採用1微米PP濾心,去除部份細菌及微小雜質,最後再利用逆滲透濾心,去除離子及化學分子,以獲得「純水」或「類純水」。
安裝逆滲透飲水設備後,須定期維護保養更換濾心,實所費不貲,那不然一旦濾心功能受損且滋生細菌,其水質恐怕比水龍頭的自來水還要髒多了。
通常,逆滲透濾心,過濾一定量的純水,會浪費排掉四倍至六倍的水,例如為了製造 一公升 的逆滲透水,就會有4-6公升的廢水,會被浪費排出至排水溝,實造成水資源的浪費,而且廢水若真的含有重金屬或化學毒物,排出後,更會進一步污染環境,實不符合綠色環保原則。雖然如此,逆滲透法,應用於海水淡化、洗腎血液透析用水、及實驗室、工業用純水製造等方面,實不容否認則貢獻匪淺。
水的口味
水的口味,通常由水中礦物質及化學分子含量所決定。例如,若水中餘氯含量過高,則會有化學味;礦物質含量太高或硬度太高,水則會澀澀的;但礦物質含量過低,水則會淡而無味;含少量的鈉,喝起來甜甜的,但含多量的鈉,則喝起來鹹鹹的;少量的鉀形成甘味,但多量的鉀則會有苦味;若鐵、銅、鋅、鎂或錳含量過多,則水會有苦味。
活性碳過濾簡介
活性碳係由木材、煤碳或椰子殼等材料,利用氣氛控制煆燒的方法,進行碳化及活化的過程,製造出擁有數量龐大的細孔的活性碳顆粒。活性碳,擁有巨大的表面積,用以吸附污染物,而且若活性碳顆粒內的細孔若其孔徑低於1微米,則可或多或少幫助過濾一些細菌。
活性碳的污染物吸附能力,依各廠商製造過程不同而有所不同,應儘量選用信譽良好公司出廠的活性碳濾心,品質才易掌握。飲用水用的活性碳濾心,一定是要用椰子殼製作的活性碳,才能符合食品級的要求。有一些不肖商人,利用價格便宜的煤碳燒製的活性碳,裝填入飲用水濾心,以穫取暴利,消費者實應小心。煤碳燒製的活性碳,可能含有對身體有害的化學物質,實不可不慎。
台灣飲用水之水質標準
有關台灣飲用水水質的資訊,在行政院環保署飲用水全球資訊網,可以收集到不少資訊,網址為http://ivy1.epa.gov.tw/drinkwater/index.html。在網頁中,點選「水質管理」,即可看到「飲用水的水質標準」;而在網頁中,若點選「水質資訊」,就可看到各縣市水庫的水質量測結果,即可檢查各水庫是否合乎行政院環保署公布的飲用水水質標準。除非颱風豪雨,水質污濁到水廠的過濾淨水設備無法負荷,否則基本上,台灣各水庫的水質,都會合乎行政院環保署公布的飲用水水質標準。
重金屬鉛之污染
每天人體都會透過食物、飲用水、呼吸及皮膚接觸,或多或少攝入重金屬鉛。空氣中的鉛,主要的來源為含鉛汽油的燃燒,隨著全球推動無鉛汽油的使用,由呼吸攝入的鉛量應該會降低許多。加上全球亦加強推動無鉛的工業產品、商品、玩具等,因此經由皮膚進入人體的鉛量,也會大幅下降。而未來最為棘手最難控制的,就是如何從飲食中,降低鉛的攝取量。
鉛在體內代謝相當緩慢,主要由腎臟代謝,隨尿液排除,約佔75%,其餘則會隨糞便、汗液或毛髮排除出去。健康成年人,每天約有能力排除2毫克的鉛。
根據行政院環保署公布的飲用水水質標準,台灣水庫的水中,鉛含量需低於0.01毫克/公升(亦即為0.01 ppm)。假使一個健康愛運動的成年人,一天喝3公升台灣水庫的水,那麼就有機會透過飲水一天攝入0.03毫克的鉛,然而一個健康成年人,每天約有能力排除2毫克的鉛,請問一天攝入0.03毫克的鉛,對身體健康有何傷害?答案很明顯,毫無傷害可言。因此我們實無須另外花錢購買過濾裝置,來過濾排除重金屬鉛。
然而30幾年前,給水管材通常使用鉛管,為飲用水鉛污染的主要來源。根據台灣自來水公司表示,國內的輸送水管(外線)已經全部汰換掉鉛管,全面改成塑膠管了,水公司表示,如果屋齡已有四、五十年之久,住家內部的給水管(內線)就有可能存在舊有的鉛管,不過內線屬於用戶設備,水公司無權拆除更新,可能得靠用戶自行找水電行汰換。水公司亦表示,如果你想查自己住家之給水管是否為鉛管?那很簡單,只要打開水表蓋來看,如果前端接頭是用鉛管套住,並使用焊錫者,那住戶內的給水管就是使用鉛管了,如果不是,那住戶內線就是使用塑膠管了。基本上,一、二十內屋齡的房子,住戶給水管內線,正常都會依法使用塑膠管,實不必過於擔憂。
如果你發現你家的給水管仍使用鉛管,那將是一件很嚴重的事情。基本上,最好的解決方案,就是儘快把鉛管汰換掉,改用塑膠管;使用逆滲透過濾法,並非一個可接受的好方法。假使使用逆滲透過濾法,則過濾去除的鉛,進入排水溝,將對環境造成污染,所謂「二次污染」;而且淋浴所用的水,一般不會使用逆滲透過濾,那麼水中的鉛,極易透過呼吸水氣進入人體或透過皮膚擴散進入人體;因此,如果你發現你家的給水管仍使用鉛管,最好的解決方案,就是儘快把鉛管汰換掉,改用塑膠管。
水中餘氯與其消毒副產物
一般自來水,均採加氯的方式消毒,已為世界各國普遍採用了。除了加氯以外,亦有使用二氧化氯、臭氧等的消毒方法,然其除成本高外,最主要的問題還是在水消毒過程後,消毒藥劑極易便會很快流失而失效;但是加氯消毒則不會,水中會持續殘留餘氯,可大大降低自來水輸送過程中,受到微生物(如細菌或病毒等)污染的機會。
然而水庫的水暴露在空氣中,多多少少會受到微生物及溴(為鹵素元素,鹵素元素包含氟、氯、溴、碘等元素)等的汙染,因此水在加氯消毒過程,與污染物的交互作用下,會產生一些消毒副產物(disinfection by-products,或簡稱DBPs),如三鹵甲烷類(trihalomethanes)、鹵乙腈類(haloacetonitriles)、鹵酮類(haloketones)、鹵化酸類(haloacids)或醛類等有毒物質。根據研究(Shin D et. al, J Expo Anal Environ Epidemiol, 9, 192-199,1999),加氯消毒副產物,水中含量最高的為三鹵甲烷類,佔60%以上,而且三鹵甲烷類中,以氯仿(即三氯甲烷,chloroform)含量最高,甚至高達三鹵甲烷類副產物中的90%(Keegan T et al, Occup Environ Med, 58(7), 447-452, 2001)。當然各水庫,會因污染程度、氣溫、儲放時間等因素的影響,各有不同的加氯消毒副產物組成。不論如何,氯仿都是含量最高的,大約佔加氯消毒副產物總量的50%或以上。
對於氯及氯仿的毒性及對人體健康的影響,美國環保署(U.S. Environmental Protection Agency)有公布依據許多研究結果的詳細報告,值得我們參考,透過網路即可瀏覽,可先進入美國環保署官方網站,http://www.epa.gov,點選「SCIENCE & TECHNOLOGY」,接著點選「Risk Assessment」,點選Quick Links中的「IRIS-Toxicity Data」,再點選「A to Z List of IRIS Substances」,最後點選英文字母「C」,即可分別找到Chlorine(氯)及Chloroform(氯仿)的毒性研究報告。
自來水中的加氯消毒副產物,會由三種途徑進入人體,可透過飲水進入人體,或透過呼吸進入人體,如煮開水或淋浴時之水氣,或者透過皮膚滲透進入人體,例如洗手、洗東西、或淋浴之時。
如今,依據毒物學的研究,結果顯示,的的確確加氯消毒副產物可被證明為致癌物。當進行動物毒物實驗時,投予特定劑量的加氯消毒副產物,的確可引起癌症產生;然而,依據人類流行性病學分析(epidemiological analyses),卻無法發現使用加氯消毒的自來水對人類會引起癌症的證據,也就是說,至目前為止無證據顯示,人使用加氯消毒的自來水會引起癌症。至於水中要含多少加氯消毒副產物及飲用多少,才會明顯引起癌症,目前仍無結論,短期內亦不可能有結論,因為所含的氯消毒副產物組成實在太複雜了。
減少攝取水中餘氯與其消毒副產物之策略
餘氯與其消毒副產物,在體內的代謝路徑各不相同,例如其中氯仿,主要依賴肝臟中細胞色素P450 2E1(或叫CYP2E1)的代謝作用,再排出體外。通常,餘氯與其消毒副產物,進入體內後,約1-3小時不等,約有一半攝入的餘氯與其消毒副產物,就會被排出體外。總歸一句話,餘氯與其消毒副產物,進入體內,雖不致引起癌症,但會增加身體之代謝負擔,卻是非常明顯的事實。
縱然目前仍無法證實使用自來水會引起癌症,但餘氯與其消毒副產物,具毒性,會帶給身體額外代謝的負擔,則是無庸致疑的。因此,減少身體曝露於餘氯與其消毒副產物,即成為是減少攝取吸收水中餘氯與其消毒副產物之最主要策略。
為了減少身體曝露於餘氯與其消毒副產物的機會,在飲用水方面,例如可利用活性碳先行過濾排除一些餘氯與其消毒副產物,但效果並非很好;由於餘氯與其消毒副產物的沸點低,因此煮沸是排除餘氯與其消毒副產物才是最好的方法,但要注意的是,煮沸最好能在通風的地方進行,而且煮沸的過程,人勿太靠近水壺,以免呼吸吸入含餘氯與其消毒副產物的水氣,至沸騰時,再靠近打開水壺蓋,然後離開,持續沸騰3-5分鐘後,再關火並蓋上水壺蓋,利用此煮沸過程,至少可除去80%以上的餘氯與其消毒副產物,因此飲用煮沸開水,餘氯與其消毒副產物已大量逸出,可說相當安全。
在淋浴方面,最為棘手,因為水一旦接觸皮膚,某些消毒副產物,如氯仿,很快就會經過皮膚,滲透進入體內,而且淋浴時,呼吸會不斷吸入餘氯與其消毒副產物的水氣,在這雙重攝入的過程,可以說,淋浴是人體吸收自來水中餘氯與其消毒副產物,最主要的來源。因此,淋浴時須注易一些要項,以避免攝入過多餘氯與其消毒副產物,例如,淋浴間應有通風設計,讓含餘氯與其消毒副產物的水氣,得以擴散出去;而且淋浴時間不要太長,因為時間越長,餘氯與其消毒副產物就吸收越多;而且千萬不要用自來水泡澡,免得經由皮膚攝入過多的餘氯與其消毒副產物。由於半歲前的嬰兒,身體排毒能力較差,因此千萬不要讓半歲前的嬰兒用自來水泡澡,若要泡澡,可將水沸騰後再冷卻,再供給嬰兒泡澡或玩水。
家用飲用水之污染
除了可能因豪雨,使家用飲用水易遭污染混濁外,基本上,除非輸送水管破裂,否則水公司供水系統,污染家用自來水可能性不大,其實最大的污染源,應是家用的儲水塔及不當的接管所產生的,而儲水塔則為最普遍最主要的污染源。因儲水塔中的水為靜置水,所以極易滋生微生物或藻類,所以定期清潔儲水塔,可以大幅降低污染的程度。
另一個污染源,主要為淨水器,如濾心未定期更換,或管路未適當清洗,亦極易滋生微生物及其它污染物,反而使得飲用水變得不安全。
總之,大部分的情形,家用飲用水污染,大都屬於微生物污染,其實只要將水沸騰3-5分鐘,即可將微生物幾乎全數消滅。
家用飲用水之過濾策略
其實,如果儲水塔有定期清潔而屋內給水管也正常,實在沒什麼好過濾的,飲用水只須沸騰3-5分鐘,即可直接飲用。如果自來水口味不適應,有可能礦物質含量豐富的關係,此時則可考慮選用活性碳過濾裝置,去除一些礦物質,或許可以調整得到一個適合的口味,例如BRITA或3M簡易型活性碳的過濾裝置,記得須定期更換濾芯即可。如果沒有口味的問題,其實自來水沸騰3-5分鐘,就可飲用了,最為方便。假若燒開水的茶壺用久了,壺底有「白垢」生成,則可用食用醋搓洗即可。
唯一目前尚難定論的是,有些新竹地區的人,會和新竹科學工業園區一樣使用寶山水庫的水,由於寶山水庫的水源區域,實在很靠近新竹科學工業園區,而大家都已熟知,半導體工業所使用的原物料,有很多都是屬於劇毒性的。行政院環保署公布的飲用水水質標準,其檢驗的項目是有一定數目的,只能就可能常見的污染物進行分析檢驗,然而科學園區的原物料眾多複雜,實不可能全部都納入檢驗項目,因此是否有遭受科學園區廢氣物料的污染,則實無從得知。基於這樣情況下,居住在新竹地區的人,應先查明自己家的自來水,是由那個水庫所提供,例如寶山水庫、石門水庫或明德水庫,若確定供水水庫為寶山水庫,則應審慎考慮,飲用水至少應使用活性碳過濾裝置,可降低可能的傷害,但若使用逆滲透淨水器,則可完全避免污染的風險。
透過逆滲透淨水器,除了將污染物過濾排除外,同時也會將水中所含的礦物質排除掉,得到所謂「純水」的水,雖然飲用水並非人體攝取礦物質的主要來源,但飲用純水者,還是平常應多注意飲食均衡,使身體不虞礦物質缺乏。目前無任何醫學報告顯示,人的礦物質缺乏與飲用純水有關。
概略總結(SUMMARY)
基本上,若無飲用口味的問題,自來水只須沸騰3-5分鐘,即適合飲用,不須裝置淨水器。若有口味問題,則可考慮使用活性碳淨水器,或可降低一些礦物質含量,改善口味。
至於新竹地區家用自來水,若供水水庫為寶山水庫,則至少應考慮使用活性碳過濾淨水器,降低污染風險,但若採用逆滲透淨水器,則可幾乎完全避免污染的風險。
屋齡30年以上的房子,先檢查自己住家之給水管是否為鉛管,若為鉛管,則應儘快把鉛管汰換掉,改用塑膠管,勿使用逆滲透淨水器。
至目前為止無證據顯示,人使用加氯消毒的自來水會引起癌症。
淋浴是人體吸收自來水中餘氯與其消毒副產物,最主要的來源。淋浴間應有通風設計,淋浴時間不要太長,且儘量不使用自來水泡澡,以減少透過呼吸或皮膚滲透方式吸收餘氯與其消毒副產物。