摘要：根据控制变量法，设计不同的浸泡温度、浸泡时间及浸泡液，研究这三种变量对重金属迁移规律的影响。结果表明：四种重金属中Sn的析出量较大且随温度变化析出量变化也最大；在浸泡6h-18h的过程中，四种重金属的析出量增加均比较明显，但超过18 h后，重金属的析出量趋于平缓; Pb、Cd、Sn的析出增加量在配制水、去离子水、自来水中变化较小，Ba的析出增加量在自来水中明显比配制水和去离子水中小很多，可能与自来水对照中含有一定量的钡有关。
关键词：PVC管材 重金属 浸泡时间 浸泡温度
Research on the Precipitation Regularity of Heavy Metals
in PVC Plastic Water Supply Pipes
Abstract: According to the controlling variable method, different soaking temperature, soaking time and soaking solution were designed to study the influence of these three variables on the migration regularity of heavy metal. The results show that: The precipitation quantity of Sn in the four kinds of heavy metals is larger and the change of it is the largest with the change of temperature; The precipitation quantity of four heavy metals all increased obviously in the process of 6h-18h soaking, but after more than 18h, the precipitation quantity of heavy metals tended to be gentle;The increase in precipitation of Pb, Cd and Sn in the prepared water, deionized water and tap water has little change, and the increase in precipitation of Ba in tap water is significantly smaller than that in the prepared water and deionized water, which may be related to a certain amount of Ba in tap water.
Keywords: PVC pipe; Heavy metal; Soaking time; Soaking temperature
1 前言
随着最近几年的城镇管网改造和农村饮用水项目改造过程的大力实施，大量的塑料管材被应用到上下水系统中去。虽然塑料管材对水质的污染远低于传统的镀锌钢管，但长期使用后，塑料管材对水质安全性带来的影响仍不可忽视。而且塑料管材对水质安全性的影响，具有一定的隐蔽性、广泛性和滞后性。当长期作用累积超过承受阀值时，由水质安全带来的粮食安全、居民健康等问题将逐渐暴露出来，影响人类身体健康。
给水塑料管材对水质影响的一个关键因素是在管材生产过程中使用的金属稳定剂会对水质产生一定的影响。塑料管材中的重金属主要来源于生产过程中添加的金属热稳定剂。由于PE、PP的生产不需要添加金属热稳定剂。塑料管材对输送水质重会属的影响主要来自PVC塑料管材。目前世界上商品化的PVC热稳定剂就达数百种，传统的铅盐类稳定剂、镉锌(Cd/Zn)类和钡/镁/钙(Ba/Mg/Ca)类金属皂复合稳定剂都是世界产量最大的热稳定剂。在众多的金属热稳定剂中，Pb和Cd是已确定的环境激素类物质，具有典型的生殖毒性，因而成为最早被关注的重金属类型，特别是对铅的研究报告相对较多 加个文献。PVC管材中使用的热稳定剂通常是多种重金属盐的混合物。且近年来各国纷纷推出禁用铅盐类稳定剂的规定，其他金属稳定剂迁移特性的研究逐渐引起人们的关注，如Ba、Ca、Mg、Cd、锡(Sn)、铁(Fe)等。其中虽然有一些是动植物生长发育必需的微量元素，但超过一定阈值也可能对机体产生负面影响。有机锡类化合物作为PVC塑料的稳定剂，在北美国家使用较为广泛，它们也是一类环境内分泌干扰物质。可通过影响生物的生殖功能和干扰生物体内激素的分泌导致生殖和遗传方面的不良后果。20世纪90年代已经开展了大量重金属Pb的迁移规律研究，除了考虑常规的迁移时间影响外，还包括管龄和水质的pH值、Cl-/SO42-、总固体(TSD)等，特别是饮用水中添加消毒剂的影响，另外还有关于扩散到水中的Pb质量浓度与管水接触时间模型研究的报道。关于迁移周期的选择，我国《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》中规定为24h，国内外相关研究报道中对试验周期的设置相对灵活。8h、24h、48h、72h等均有报道，最长的周期达14d。
目前的报道中对重金属Pb稳定剂溶出的研究相对全面，对其他重金属稳定剂及有机物迁移的研究较少。本文根据控制变量法，设计不同的温度、浸泡时间及浸泡液，研究这三种变量对重金属迁移规律的影响，得出温度、浸泡时间及浸泡液三种因素对重金属迁移影响的规律。
2 实验部分
2.1 试剂及仪器
铅、镉、钡、锡多元素标准溶液（ρ=1000mg/L）；硝酸，优级纯，国药集团化学试剂有限公司；超纯水，自制；电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)；塑料管材：材质未增塑聚氯乙烯管(uPVC)，所有管材均从南通市某建材市场统一购买.各管材外径为63mm，内径为57mm(uPVC)。
2.2 试样制备
所有管材需加工成40cm的管段，然后按照不同的浸泡要求用配制水、自来水或去离子水灌满塑料管材，两段用保鲜膜封住，静置一定的时间后收集浸泡液。
3 结果与讨论
3.1 不同浸泡温度对塑料管材金属析出情况的影响
给水塑料管材暴露在环境中的温度变化较大, 对金属析出量有一定的影响。图1和图2是不同浸泡温度下重金属的析出情况，结果显示：随着浸泡温度的升高，重金属析出的量也增加，不同金属随温度升高析出的增加量不同。铅、镉、钡的析出行为较为相似，从 5℃到 20℃时增加了 1.5~2 .6倍, 从 30℃到50℃增加了1.2~1.6倍，而 20℃到 30℃增加了 1.2 ~1.4倍。锡的析出量有突跃变化，从 5℃到 20℃只增加了2.4倍，20℃到 30℃时却增加了近 15倍, 从 30℃到 50℃也增加了3.6倍。《生活饮用水卫生规范》中规定浸泡温度在 25℃±5℃，可见在这区间金属析出量变化比较大，特别是锡的变近15倍，因此测定塑料管材浸泡水中金属含量时要对温度进行控制。
图1：不同浸泡温度对Pb、Ba、Cd析出规律的影响
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图2：不同浸泡温度对Sn析出规律的影响
3.2 不同浸泡时间对塑料管材金属析出情况的影响
不同浸泡时间金属的析出情况见图3, 结果显示: 随着浸泡时间的增长, 开始时重金属的析出量增加比较明显, 超过18 h后, 重金属的析出量变化较小。
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图3不同浸泡时间对PVC管材重析出量的影响
3.3 不同浸泡液对塑料管材金属析出情况的影响
通过测定在 25℃浸泡 24 h后不同浸泡液中铅、镉、锡、钡的含量发现, Pb、Cd 、 Sn的析出增加量在配制水、去离子水、自来水中变化较小, Ba的析出增加量在自来水中明显比配制水和去离子水中小很多, 可能与自来水对照中含有一定量的钡有关。
4 结论
1）根据不同重金属的析出量与浸泡温度的影响研究，可知Sn析出量较大且随温度变化析出量变化最大。
2）随着浸泡时间的增长, 四种重金属的析出量增加比较明显, 超过18 h后, 重金属的析出量趋于平缓，可能是浸泡液与管材之间出现了析出和吸附的动态平衡。