幅も奥も深い「水」の世界!!

人が生命を維持するには必不可欠な水。日本は水道の蛇口から安心で安全な水が毎日何の心配もなく供給され、飲食店に入れば水はタダでてくる。世界的にみるとこれはかなり恵まれたことともいわれている。「湯水のように…」などと表現されることもあるが、これは茶道のお点前で、その道具を清めるために大量の湯水を使っておこなう様に由来しているという。さらに日本では「水と安全はタダ」などとかつてはいわれていたほどで、「タダ」の代名詞ともいわれるほどであった。最近は少し変わってきたかもしれない。
「身体によい水」「おいしい水」へのこだわりが広がってきたからであろうか。決して「水」は安価なもの、タダなものではなくなってきている気がする。

「ミネラルウォーター」をはじめ、様々な水が世の中に回っている。「お肌にいい」「代謝の活性につながる」「消化促進に有効」など、もはや「水」と一言ではすまされないほどのアイテム数だ。
その反面、「本当にその成分を含んでいるのか?」「効果は確認できているのか?」「その値段は妥当であるか?」などあいまいな点も多々あるように感じる・・。
「水」といわれるとつい安心して試してしまい、その効果がるのは長い継続をする場合が多いため、真偽のほどはうやむやに…。といったケースも多いのではないだろうか?
しかし「この水がホンモノ!」とか「こんな水はウソ!」とかを述べる訳ではない。
そもそも飲料水とは・・というところから、「月の水」まで、気になる「水」について集めてみたところ、「実にオモシロイ!」(って、最近ガリレオ先生言わないな・・・。)
そして、現在も世界へと広がりを見せ貢献している日本の浄水技術はなんと「繊維企業」の発展からともいわれている。そしてその起源は江戸幕府が倒れ開国と同時に始まったともいうから、ちょっと感心してしまった・・。
様々な水についておさらいし、取り入れてみたい水パワーを考えようと思う。

飲料水

飲料水(いんりょうすい)は、上水道水、井戸水など人の飲用に供する水。その他、食料品としての飲料水(清涼飲料水)がある。

供給(販売)者

供給者は、地域住民の共同体から公的機関、公共企業体、民間事業者まで多種多様。戦争や大規模災害時には、地方自治体、国家レベルのほか国際的なNGOや国連難民高等弁務官事務所などが直接供給、または供給手段を提供することがある。

水質基準

  • 飲用を目的として給水する水道水については水道法で51項目の水道水質基準が定められており、水道事業者はこの基準に適合した水を供給しなければならない。各水道事業者は、それぞれ水道水質検査計画を定め、定期的な検査を実施している。
  • 給水事業ではない(例えば個人所有の井戸水等)の水質基準については、法的に定められていない。一般的な水質の目安として、約10項目(大腸菌、一般細菌、硝酸態及び亜硝酸態窒素、塩化物イオン、有機物等(全有機炭素)、pH値、臭気、色度、濁度、味:これらを総称して「簡易飲適」と言われる)及び残留塩素についてを検査・確認することが多い。飲用を目的とする場合には、来るだけ水道水質基準の全項目の検査を実施した方がよい。不適合である場合には、滅菌装置や濾過装置の設置などによる浄化対策を講じた後、再検査を行う必がある。検査は、保健所や環境計量証明事業所などで実施している。

飲料水の味

水にもうまい、まずいがある。それは4つの素で決定される。

  • 水温--------体温より20~25℃低いと美味に感ずる。
  • 含有成分---(1)適度なミネラル分(1リットル中100mg程度)、(2)適度な硬度、(3)炭酸ガスと酸素量
  • 気象的条件
  • 生理的条件

人間が飲用可能な水は、余分な成分があまり入っておらず、有害な微生物の含まれないものである。北海道を除く日本に於いては、多くの河川の中流以上であれば、その水が飲用可能であり、昔から飲み水に困ることはなかった(現在ではむしろ環境汚染(水質汚濁など)のために飲めない場合がある)が、世界的に見れば珍しい方に属する。それ以前に、河川すらない地域も世界には多い。

まず、海水は飲めない。塩分などが多過ぎるからである。同様に、内陸でも塩分などの多い水は飲めない。火山地帯などでも、特殊な成分を含んで飲めない水がある。

また、病原微生物を含む水は飲めない。飲むと腹痛を起こしたり、下痢になったり、もっと恐ろしい病気になったりする可能性があるからである。この点に関しては、個人の体質や耐性も関係する。現地の人間は無事でも、旅行者には危険な場合もあり得る。しかし多くの地域では生水は危険である。

熱帯地方では河川の水が危険である場所が多く、むしろ野外から得られる水より、ココヤシの果実の中の水など、植物体内の水を利用する例が多々ある。植物体内であれば、ほぼ無菌に近いからである。ウツボカズラの捕食袋の水も飲用にされる(ただし、袋が開く前に限る)。

赤痢やコレラなど、病原体で汚染された飲み水から感染し、大流行する病気も数多くある。そのため、安全な飲み水の確保は、古くより、ある程度文化の進んだ地域では重な課題であった。

世界的には、日本よりはるかに乾燥した地域が多く、そういった地域では、まず水そのものを得る方法を考案しなければならない。井戸はその代表的な技術である。

日本の上水道はそのまま飲める水を提供するものである。

硬度 (水)

硬度 (こうど 英語: (Water) Hardness) は、水に微量含まれるカルシウム (Ca) 塩やマグネシウム (Mg) 塩(あるいは同じことだがCaイオンやMgイオン)の質量をある方法で表現したもの。

本質的には質量濃度(質量 ÷ 体積)だが、1種類の塩に換算して質量濃度(質量 ÷ 体積)で表される。

硬度が低い水を軟水、高い水を硬水という。

種類

単に硬度といえば、通常は総硬度のことである。

総硬度
各種塩の総濃度。
一次硬度
炭酸塩(炭酸カルシウムと炭酸マグネシウム)の濃度。煮沸すると沈殿するので「一次」という。
永久硬度
硫酸塩(硫酸カルシウムと硫酸マグネシウム)や塩化物(塩化カルシウムと塩化マグネシウム)の濃度。煮沸では取り除けないので「永久」という。
カルシウム硬度
カルシウム塩の濃度。
マグネシウム硬度
マグネシウム塩の濃度。

つまり、

総硬度 = 一時硬度 + 永久硬度 = カルシウム硬度 + マグネシウム硬度

である。

なお、炭酸塩や硫酸塩が水に溶けると、実際は倍のモル数の炭酸水素塩や硫酸水素塩となるが、炭酸塩や硫酸塩が溶けていると説明することが多い。以下でもそのようにする。

水の分類

硬度の値によって、硬水や軟水という名称で呼ばれる。世界保健機関 (WHO) の基準ではアメリカ硬度に従い以下の通り。

軟水 
0 - 60未満
中程度の軟水(中硬水)
60 - 120未満
硬水 
120 - 180未満
非常な硬水 
180以上

ヨーロッパの水はほとんどが硬水であり、一方日本の水は軟水が多い(沖縄県は硬水が多いが、他の地域はほぼ軟水か中軟水である)。硬水は日本人の口には合わないとされ、水道水の硬度は100以下に抑えられていることが多い。フランスの有名なミネラルウォーターであるエビアン (Evian) やヴィッテル (Vittel) の硬度は300を超え、WHOの基準では「非常な硬水」に属する。同じフランスのミネラルウォーターでも、ボルヴィック (Volvic) は軟水である。

軟水は赤ちゃんのミルク作り、お茶やだし汁などに適している。硬水はミネラルウォーターの名の通り、ミネラル分の補給、また灰汁(あく)を析しやすい為、灰汁のる料理に適している。また、硬水は石鹸の泡立ちを抑えてしまう。特にアルカリ性の石鹸は成分が結合・凝固して増粘するため、すすぎで非常に苦労する。

計算法

日本では戦前はドイツ硬度が広く用いられていたが、戦後はアメリカ硬度を用いることが多い。

名称 記号 質量/体積 SI (kg/m3) 換算 種類
アメリカ硬度 mg/L, ppm mg/L 0.001 Ca塩とMg塩 CaCO3 総硬度
ドイツ硬度 °dH mg/100cm3 0.01 Ca塩とMg塩 CaO
フランス硬度 °f mg/100cm3 0.01 CaCO3 - Ca一時硬度
イギリス硬度(クラーク度) °E gr/gal 0.0142537675 CaCO3 -

例えばアメリカ度では、水中のカルシウム塩とマグネシウム塩の濃度(総硬度)を炭酸カルシウムに換算した値を、mg/L ( = g/m3) を単位として表す。

アメリカ硬度は特別の単位記号がなく、水溶液のw/v濃度を表す一般的な単位であるmg/Lやppmが使われる。

塩の量の換算

アメリカ硬度では、カルシウム塩・マグネシウム塩の量を炭酸カルシウム (CaCO3) の量に換算する。それぞれの原子量はCa=40、Mg=24.3、分子量はCaCO3=100なので、カルシウム濃度・マグネシウム濃度からの計算は以下のようになる。

硬度 (mg/L) ≒ カルシウム濃度 (mg/L)×2.5 + マグネシウム濃度 (mg/L)×4.1

ドイツ硬度も同様だが、酸化カルシウム (CaO) の量に換算する。

軟水

軟水(なんすい)とは、カルシウムやマグネシウムの金属イオン含有量が少ない水のことである。

軟水の特徴

水の硬度は{カルシウム濃度 (mg/L)×2.5 + マグネシウム濃度 (mg/L)×4.1}で近似され、WHOの定義では、硬度120以下を軟水と定義している。

軟水は、腐葉土や泥炭層の間を流れて来たような水で、目安としては、水100mLに対してCaCO3換算で10mg以下の水をさす。飲んだとき、まろやかな感じなのが特徴。

日本の水は外国に比べて、硬度が低いとされている。日本の水道水は、硬度80前後で軟水と言われており、日本では、沖縄本島や、関東地方の一部、福岡県の一部を除く地域の水はおおむね軟水に属する(関東地方や福岡県の大部分の地域の水は軟水の中では比較的硬度が高く、中硬水に分類されることもある)。

利用

軟水は金属石鹸(石けんカス)が来にくく、硬度60の水と硬度1の水では、石鹸を溶かす能力に2倍の差がある。硬水に比べて泡立ちがよく、体を洗う時ぬめりを感じる。

一般的に和食やコーヒー、お茶などの用途には軟水がよいとされている。 

金属イオンが少ないことから、染色にも良いとされている。

硬水

硬水(こうすい)は、硬度の高い水。カルシウムイオンやマグネシウムイオンが多量に含まれている。逆のものは軟水という。語源については、欧米の hard water がそのまま和訳されたというもの、ご飯など物を硬くする成分を含んでいるため硬水といわれる(『豆を煮ると豆が固くなる水』、『絹を精錬するとき絹が固くなる水』というものがある)。

硬水は含有するイオンによって一時硬水と永久硬水の二種類に分けることができる。前者は石灰岩地形を流れる河川水、地下水などで、炭酸水素カルシウムを多く含み、煮沸することにより軟化することができる(反応式は後述)。後者はカルシウムやマグネシウムの硫酸塩・塩化物が溶け込んでいるもので、煮沸しても軟化されない。以前は飲用できない水であったが、現在はイオン交換樹脂で容易に軟化できる。

アメリカやヨーロッパの水に多い。日本では関東地方の一部や沖縄で見られる。日本では、ほとんどの地域の水は軟水であり、硬水が供給される沖縄本島では、水道水の硬度を下げる処理を施している。

利用

一般に、飲料水、料理、洗濯、染色や工業等の用途には適さない。

水に含まれるミネラルが多くなるほど口当たりが重く、癖の強い味になるため、ミネラルを多く含む硬水は軟水と比べて飲み辛く、飲用に適さないものが多い。

水分子と強く結合(水和) するマグネシウムイオンは体内に吸収されにくい。これを人間が摂取すると、大腸に長時間留まり、水の吸収を妨害する。この結果、腸内に水分が溜まり、下痢 を起こすこととなる。このような理由で、硫酸マグネシウムを多く含む硬水を飲むと下痢をしやすくなる。しかし硬水の中でも飲用に適しているものも存在し、 水に含まれているミネラルを栄養として利用するために、飲料として販売されているものもいくつか存在する。(例:コントレックスなど)

料理に使う場合も軟水の方が適している場合が多いが、煮込み料理には余分なタンパク質などを灰汁として抜きし、肉を軟らかくしたり臭みを消したりすることのできる硬水の方が適している。

石鹸は脂肪酸とナトリウムの塩であるから、硬水のマグネシウムイオンと会うと不溶性の塩(石鹸かす)を生じるため使用感が悪い。また、衣類にその塩が付着するので色のくすみが生じ、衣料の保存中にそれが分解して脂肪酸になり異臭を発したりする。染色ではカルシウムイオンが染料と反応し、不溶性の色素が生じ、それが繊維と結びつくため、色ムラが生じる。

硬水が蒸発すると、含まれていた塩類が析する。したがって自動車の洗浄に用いた場合などはすぐに拭き取らないと白い斑点が生じる。一時硬水を自動車のエンジンの冷却水として使用するとオーバヒート・水漏れなどの問題が生じる場合がある。また工業用ボイラーにおいては、加熱によってライムスケイル石灰鱗, Limescale、缶石、水垢)が生じるため、パイプ詰まりを起こしたり熱効率を著しく低下させたりする。