饮用水中的碳酸氢根到底有什么用？
前言
水是我们的生命之源，但它的纯净与复杂并存，隐藏着无数奥秘。而碳酸氢根（HCO3-）作为水中普遍存在的阴离子之一，以其独特的性质影响着水质的健康与安全，同时又在人体内发挥着不可或缺的作用。今天，拿声来带您探索碳酸氢根的秘密，感受它如何维系着生命的脉动，守护着我们的健康。
HCO3-对水的影响
► 水中HCO3-的来源
碳酸氢根（HCO3-）是天然水体中普遍存在的阴离子之一，是天然水碱度的主要组分。主要来源于碳酸钙和碳酸镁的溶解，以及有机物的分解过程。水体中HCO3-的含量并非一成不变，它受到多种自然和人为因素的影响。
1.地质条件：地质结构是影响水中HCO3-含量的基础因素。例如，富含石灰岩或大理石的地区，由于这些岩石中含有大量的碳酸钙，在水的长期作用下会逐渐溶解，释放出HCO3-。因此，这些地区的水体通常含有较高的HCO3-。
2.气候条件：气候条件，尤其是降雨量，也会影响水体中HCO3-的含量。降雨能够将大气中的二氧化碳带入水体，形成碳酸，进而产生HCO3-。在降雨量丰富的地区，这一过程更为频繁，因此水体中的HCO3-含量可能更高。
3.淡水输入与海冰融化：在海洋和湖泊等水体中，淡水的输入和海冰的融化也会影响HCO3-的含量。淡水的输入可以稀释原有的海水或湖水，降低HCO3-的浓度；而海冰融化则可能释放出冻结时吸收的HCO3-，增加水体中的含量。
4.人类活动：人类的生产和生活活动对水体中HCO3-含量的影响不容忽视。工业废水，如造纸、印染、化工、电镀等行业的排放，可能含有大量的HCO3-或其他能够产生HCO3-的物质，导致水体中HCO3-含量增加。农业面源污染，如化肥和农药的使用，也可能通过地表径流进入水体，影响HCO3-的含量。
5.地下水开采：地下水资源的过度开采会导致地下水位下降，进而影响地下水的化学成分。在某些地区，过度开采可能导致地下水与含HCO3-丰富的岩石层接触时间增加，从而使得抽取的地下水中HCO3-含量上升。
► HCO3-浓度对水质的影响
HCO3-作为衡量水体水质化学稳定性的关键指标，其浓度对水体的腐蚀与结垢倾向具有显著影响。据不完全统计，天然水体中的HCO3-浓度通常为100～400 mg/L，华北、东北和华南地区的大部分饮用水中HCO3-含量较低；而西南、西北部分地区饮用水中HCO3-含量较高，宁夏等地区部分地下水中HCO3-浓度甚至超过400 mg/L。
一般而言，当水中HCO3-浓度低于80 mg/L时，水体会呈现腐蚀倾向，在输送过程中可能侵蚀金属管道内壁、管道水泥砂浆内衬、非金属保护层及非金属管材等，从而缩短管道使用寿命，增加漏损风险。当HCO3-浓度降至50 mg/L以下时，水体腐蚀性进一步增强。
随着HCO3-浓度的提升，情况有所转变。当其浓度增至100、150、200 mg/L时，水体的腐蚀性相应减弱。
但相对而言，当HCO3-浓度超过300 mg/L时，水体则显现出明显的结垢倾向。供水管道表面会形成CaCO3附着层，导致管道有效过流面积减少、水流动阻力增加，进而增大供水能耗。严重时甚至可能引发管道完全堵塞，导致爆管事故。
综合以往针对饮用水中HCO3-与其腐蚀、结垢倾向的研究结果，初步推断，HCO3-质量浓度维持在80～300 mg/L的范围内，有助于保障水质稳定性。
► HCO3-含量对水的口感的影响
在拿声7月12日公众号文章《水明明有味道，为什么一直被称为无味？》中提到，水的口感是由水中的无机成分和有机成分共同决定的。无机成分中阳离子（Na+、K+、Mg2+、Ca2+）决定了味道的基底，比如钠盐普遍都是咸味的。而阴离子（Cl-、NO3-、SO42-、HCO3-）则是在阳离子味道的基础上发挥调节作用，这种调节主要体现在两方面：一是在阳离子本身味道之外增加其它味道，比如氯化钠只有咸味，但碳酸氢钠却是带有涩味的咸；二是调节阳离子味道的强度，使人们感受阳离子味道的最低临界值发生变化。
HCO3-作为水中常见的阴离子之一，对水的口感是有一定影响的。通常情况下，水中适量的HCO3-会使水口味偏甜，有助于提升水的口感，使其润滑可口；然而，过量的HCO3-则会使水饮用时产生黏稠感，饮用后会并不会感到解渴。
同时，HCO3-对水口感的影响不仅取决于其自身含量，还和水中Ca2+、Mg2+的比例相关：
① 当水中HCO3-含量高于Ca2+、Mg2+含量时，水不仅口感良好，还带有一定的甜味；
② 当水中HCO3-含量低于Ca2+、Mg2+含量时，水会存在非碳酸氢盐硬度，导致水味变差，甚至发苦。
因此，对于Ca2+、Mg2+含量较高的饮用水，可以通过提升HCO3-的含量来改善水的口感。
目前《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022）尚未对水中HCO3-提出明确的限值要求。但基于生活饮用水缓冲性能、水质健康性和稳定性以及水处理等多方面的需求，河海大学教授刘成在论文《饮用水中碳酸氢根的意义和控制目标探讨》中建议饮用水中HCO3-的控制目标应满足在80～250 mg/L最佳。
HCO3-与人体健康
HCO3-参与人体内多种生物化学反应，如能量代谢、肌肉收缩、神经传导等。此外，HCO3-还与一些离子如Ca2+、Mg2+等相互作用，维持人体内部环境的稳态。
► HCO3-对人体的作用
1.酸碱平衡调节：HCO3-参与维持人体的酸碱平衡，当身体内的酸度过高时，HCO3-会与H+结合，形成二氧化碳和水，从而降低酸度。相反，当身体内的碱度过高时，HCO3-会与OH-结合，形成碳酸和水，从而增加酸度。这种平衡对于维持人体正常的生理功能至关重要，可以使人体内体液保持在适当的pH值范围内。
2.呼吸调节：HCO3-是呼吸系统中重要的调节物质之一。当体内二氧化碳浓度过高时，呼吸系统会通过增加呼出CO2的速率来调节酸碱平衡。
3.血液缓冲作用：HCO3-在血液中起到缓冲剂的作用，抵消血液中的酸性或碱性物质，维持血液pH值的稳定。
4.消化过程：胰腺分泌的胰液中含有HCO3-，可以在小肠中中和胃酸，为食物的消化提供适宜的环境。
5.肾脏功能：HCO3-在肾脏中起着维持酸碱平衡和排毒的作用。肾脏通过调节HCO3-的排出量来维持血液pH值的稳定，以维持身体各个器官的正常功能。并且肾脏可以通过将代谢废物和药物等物质转化为碳酸氢盐，将其排出体外，减轻身体的排毒负担。
6.受精功能：雌性生殖道的HCO3-浓度，会影响精子的运动、获能及顶体反应，从而影响受精能力。
►人体内HCO3-浓度参考值
HCO3-是血液中的缓冲离子，是动脉血气的指标，反映机体酸碱代谢状况，正常范围为22—27mmol/L，平均24mmol/L。
随着地区海拔的增加，年日照时数的增加，年平均相对湿度的增大，年平均气温的升高，都会影响当地人体内HCO3-含量参考。
►HCO3-浓度对人体健康的影响
人体内HCO3-浓度偏低，多数是和慢性肾功能衰竭、呼吸衰竭、急性肾功能衰竭等病因有关，属于酸中毒，分为代谢性酸中毒和呼吸性酸中毒。可能会出现厌食、心律失常、手脚抽搐、精神萎靡，严重时会出现昏迷不醒等现象。
人体内HCO3-浓度偏高，可能与肾小管性酸中毒、代谢性碱中毒、长期呕吐、利尿剂过量使用、肾功能不全等病因有关，属于碱中毒，分为代谢性碱中毒和呼吸性碱中毒。可能会出现呼吸浅快、心律加快、精神症状躁动、兴奋，甚至说胡话等，严重则会导致手脚抽筋、腱反射亢进、昏迷等症状。
饮用水中的HCO3-对人体的作用
► 饮用水中含有适量的HCO3-对人体健康是有益的
1.调节体内酸碱平衡：HCO3-作为胃液和肠液的正常分泌物，可被人体高效吸收，饮用水中含有HCO3-可以提升血液pH，缓解代谢性酸负荷。
2.预防心血管疾病、降低血压：一些研究发现，饮用含有适量HCO3-的水可能与降低高血压和心血管疾病的风险有关。HCO3-可能有助于改善血管弹性，降低血压。
3.改善机体糖代谢：饮用含有高HCO3-含量的饮用水（如：苏打水）可以提高糖耐量加强胰岛素，降低餐后血糖，有助于预防糖尿病，并导致血压、血脂不同程度下降，消除高脂血症。
4.促进骨骼健康：研究表明，HCO3-可以降低甲状旁腺激素（PTH）和C肽，降低成年女性破骨细胞活性，减少骨质疏松的风险。它可以通过促进钙的吸收和减少钙的排泄，来支持骨骼健康。
5.促进消化：在消化过程中，HCO3-有助于中和胃酸，减轻胃酸过多引起的不适，如胃灼热和胃溃疡。此外，它还能促进肠道健康，帮助维持正常的肠道pH值，有利于有益菌群的生长。
6.碱化尿液：饮用水中含有适量HCO3-，可以帮助尿液pH值维持在 6.2～6.9，提高尿酸的溶解度，避免尿酸盐沉积，预防肾脏及尿路结石的发生。
7.缓解肌肉酸痛：饮用含有HCO3-的水，可以减少乳酸、抗疲劳、减轻血液黏稠，中和大量运动后人体肌肉产生的大量乳酸，从而缓解肌肉酸痛。
8.促进钙镁吸收：饮用水中存在适量的HCO3-，有利于人体对 Ca、Mg的吸收及利用。
► 注意事项
1.适量原则：虽然HCO3-对人体有益，但并非越多越好。过量的HCO3-可能导致胃肠道不适，如腹胀、腹泻等症状。因此，日常饮用水中HCO3-的含量应保持在适宜的范围内。
2.个人差异：不同的人对HCO3-的耐受度可能不同，有些人可能对HCO3-更为敏感。因此，在评估饮用水的健康效应时，应考虑个人的健康状况和敏感性。
3.综合水质：饮用水的健康效应不仅仅取决于HCO3-的含量，还与其他多种水质指标（如pH值、硬度、矿物质含量等）有关。因此，评估饮用水的健康效应时，应综合考虑多种水质因素。
拿声结语：饮用水中的HCO3-含量对人体健康具有多方面的积极影响，作用不容忽视。然而，我们也必须认识到，适合自己的才是最好的。因此，在选择和评估饮用水时，我们应该综合考虑所有相关因素。关注拿声国际，了解更多水知识。
参考文献
[1] 刘成,徐文蕙,周卫东,等.饮用水中碳酸氢根的意义和控制目标探讨[J].净水技术.2023,42(8):1-9.
[2] 刘成,徐文蕙,邴颜,等.饮用水总硬度去除需求分析及控制目标探讨[J].净水技术.2022,41(2).
[3] 李红瑞,袁梓屹,王昆朋,等.饮用水口感及影响因素分析综述[J].给水排水.2022,48(2).
[4] 侯明韬,刘晓婧,许一鸣,等.饮用水中矿物成分的分布特征及其对口感的影响[J],环境影响评价.2021,43(6).
[5] 龙向洁,葛淼,林天应,等.中国人实际碳酸氢根参考值与地理环境的关系研究[J].内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）.2009,38(6):703-707.
