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                  高密度聚乙烯(HDPE管)是饮用水的好选择吗?

                  信息来源:中升管业 时间:2020-08-29 10:17:39 浏览次数:-

                  快速反应问题:金属管道和管道材料历来存在腐蚀、沉积物堆积、耐压、导热和耐化学腐蚀等问题。交联聚乙烯(PEX)管道是一种替代方法,但对于主要的商业安装,可用尺寸太小。高密度聚乙烯(HDPE)是饮用水应用的良好环境选择吗?

                   

                  HDPE管 高密度聚乙烯管

                  背景

                   

                  高密度聚乙烯管材塑料管材广泛用于输送各种类型的气体和液体。由于固有的优点,塑料可能比金属好。它们重量较轻,不需要明火连接,而且灵活,可以简化安装并减少因冻结造成的破裂。

                   

                  塑料通常成本较低,并且在某些应用中能抵抗金属腐蚀和结垢。

                   

                  由于担心化学污染物的迁移,用于盛装食品和水的塑料正受到高度关注。最近的许多研究和媒体都集中在内分泌干扰的化学物质上,比如在聚碳酸酯婴儿奶瓶中发现的双酚a,以及在乙烯基玩具和其他产品中发现的邻苯二甲酸酯。

                   

                  塑料管树脂

                  在饮用水应用中,塑料引起了一些争议。上世纪70年代引入的聚丁烯管道材料导致了无法接受的泄漏问题,最终引发了一场大规模的集体诉讼。聚氯乙烯(PVC)和氯化聚氯乙烯(CPVC)管很常见。然而,一些环保组织认为,与聚氯乙烯生产和管道处理相关的风险大于这些材料的优势(1)。[1]

                   

                  交联聚乙烯(PEX)自20世纪80年代开始用于辐射采暖系统,近年来在饮用水方面也变得很流行。PEXPEX内衬管在全国有广泛的规范验收,但PEX需要特殊配件,且不可回收。生产PEX所需的化学交联增加了成本,并增加了污染物从塑料迁移到水的可能性。例如,在地下使用PEX管道时,管道可能与地下水接触。在加利福尼亚州法规批准过程中,里德(2005年)提供了证据,证明在地下水受到石油产品污染的地区,汽油添加剂甲基叔丁基醚(MTBE)或杀虫剂可能会通过PEX管道(2)渗透。他最后的环境影响报告指出,虽然化学物质的迁移是一个问题,但随着时间的推移,污染物的水平会迅速下降到安全水平。反对者主张对聚合物配方和化学浸出液进行更彻底的测试(3)。

                   

                  高密度聚乙烯(HDPE)管已经在非饮用水应用中使用了几十年。尤其是,HDPE管通常是其焊接接头的首选[2]。虽然需要特殊设备来形成焊缝,但焊接不需要单独的配件,这是泄漏和污染物渗透的共同来源。高密度聚乙烯(HDPE)非常柔软,比聚氯乙烯(PVC)等更易碎的聚合物更能承受更严酷的现场处理。灵活性还允许在管道系统中转弯,而不需要额外的接头。

                   

                  HDPE最初用于饮用水系统的温度很高,不足以用于冷水系统。供应商随后开发出具有优异强度和高温性能的交联聚乙烯(PEX)。PEX在地板辐射采暖应用中很常见,在家用冷热水系统中也越来越普遍。但是,正如上面在最初的问题中所指出的,对于更大的商业安装来说,可用的管道尺寸太小了。HDPEPEX都是聚乙烯(PE),但由于它们的性质不同,应注意不要混淆这两种截然不同的材料。

                   

                  高密度聚乙烯(HDPE)可用于热水,作为多层管道的衬里,其强度由另一个管道层(如铝)提供,但多层管道并不能提供塑料的所有性能优势。在过去的十年左右,新的高密度聚乙烯配方,例如陶氏的PE-RT(耐高温聚乙烯),已经可以用于高温用途,包括家用热水。

                   

                  在饮用水存在的情况下,化学品是否会从HDPE管道中迁移或浸出?

                   

                  所有的塑料都含有一些制造所需的化学物质残留。这些可能包括一种或多种有助于聚合反应的催化剂,以及微量未反应的原料。在形成最终产品之前,一些添加剂通常与聚合物树脂混合。这些可能包括稳定剂、紫外线阻滞剂、增塑剂、抗氧化剂、着色剂等,以增强加工和性能特性(4)。生产管道的公司可能不会披露这些添加剂,因此必须评估与饮用水、食品或饮料接触的任何材料的化学迁移风险。

                   

                  当发生化学污染时,通常是由于这些非聚合物添加剂的迁移,或者可能是由于制造和安装程序的残余物造成的。例如,切割管道时,可能会在管道内留下一些灰尘或颗粒,但大多数灰尘或颗粒在安装后和首次使用前被冲洗干净。

                   

                  以下是几份独立研究报告的注释,这些研究报告涉及HDPE树脂和HDPE管道以及饮用水应用中的化学迁移、细菌生长或渗透。

                   

                  起初,对塑料管污染物迁移的研究似乎集中在味道和气味问题上,而不是塑料管的化学危害(5)。在处理这些感官特征时,Skjevrak2003年进行的一项研究确定了HDPE管道中各种各样的渗滤液。[3]与这些渗滤液相关的气味高于美国环保局非强制性质量标准规定的可接受水平(6)。

                   

                  Skjevrak发现,污染的主要来源很可能是由于常见聚合物抗氧化剂的分解产物。虽然这些污染物没有显著的毒性,但还发现了许多其他次要污染物,包括苯和二甲苯。所有样本中都出现了类似的芳香烃污染物,但含量仅为十亿分之一,远低于美国环保局为安全饮用水设定的最高污染物水平(7)。

                   

                  Monique Durand8;9)在2005-6年的研究中回顾了大量关于HDPE向水中迁移的研究。杜兰德说,被认为有助于味觉和气味的化学物质源于1)改变或降解产物,在管材制造过程中的挤出步骤(200-250摄氏度)中由原始添加剂产生;2)化合物是由纯酚类添加剂合成而成的副产品或杂质。氯化水和高温似乎加速了浸出。随着时间的推移,氯可以分解聚合物抗氧化剂,使管道更容易受到化学侵蚀。为了减少迁移,制造商研究了将抗氧化剂与聚合物基体结合并减少抗氧化剂添加剂中杂质的方法。

                   

                  杜兰德认为,在普通塑料中,HDPEPEXCPVC塑料材料产生的气味更强烈。CPVC和铜是最不易产生异味的物质。杜兰德还报告说,有机浸出物在CPVCHDPE中含量较低,而在一些PEX材料中含量较高。没有人声称与这些渗滤液有关的健康风险。

                   

                  除了浸出过程中产生的污染外,化学品还可以通过管道周围受污染土壤的污染物通过管壁渗透进入饮用水(3)。在大多数情况下,渗透问题涉及塑料材料和工业区(例如加油站附近)柴油或石油产品污染的土壤。在土壤可能受到有机液体污染的地方,应避免使用塑料(10)。

                   

                  根据Yang等人2011年对许多不同塑料树脂和产品进行实验室提取的研究,大多数塑料树脂显示出可检测到的雌激素活性(EA)化合物(11)。本试验不在塑料管上进行,而是在HDPE产品上进行。该测试表明,EA化合物存在于大多数塑料中,包括HDPE,但与实验室用EtOH或生理盐水萃取相比,不能证明这些化合物在正常使用(如管道应用)期间会发生迁移。

                   

                  由普渡大学的惠顿集团和其他机构主持的国家科学基金项目的第一阶段的研究人员正在进行PEX、HDPE和其他管道的现场测试。2014年,在马萨诸塞州波士顿举行的美国水厂协会年会上,发表了包括HDPE化学浸出和细菌生长潜力在内的研究结果。此前,惠顿曾就石油或其他液体泄漏污染饮用水后管道中的化学污染进行过研究。此时,在网上找不到惠顿集团的研究论文。访问惠顿集团网站(12)了解更多背景和联系信息。

                   

                  为塑料管道研究所HDPE市政咨询委员会编制的2012年评估报告提出了一种计算苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)通过HDPE水管渗透的工程方法,该方法基于对1英寸壁厚HDPE管的几次实验室实验。该报告试图开发一种方法来预测管道周围的污染土壤中的BTEX水平,这些土壤可能会渗透HDPE管道并可能污染供水系统。一个结论可能对设计水管材料系统的工程师感兴趣。研究人员推测,HDPE管道中的水流可以显著降低BTEX污染,达到安全饮用水平。报告指出:实例计算表明,HDPE水管沿线土壤中存在BTEX污染并不一定意味着管道中的饮用水将超过监管限制13)。

                   

                  虽然已经对HDPE管进行了实验室和现场研究,但SternLagos的评论指出了塑料水管风险评估的复杂性(14)。从任何给定管道中迁移的化学物质不仅取决于化学配方,还取决于管道材料特性,甚至可能取决于周围地面或已安装管道周围的填充材料。随着时间的推移,塑料配方因供应商而异。迁移可能会随着水质和使用环境的变化而变化。人们对某些污染物知之甚少,而另一些污染物则是有害的,特别是对易受伤害的人群??悸堑秸庵侄跫?,确保安全是一个挑战。

                   

                  监管和第三方认证的作用

                   

                  根据《安全饮用水法案》,美国环境?;ぞ郑?/span>USEPA)制定了饮用水分配系统中污染物水平的规定。这些标准主要针对进入配水系统的水质,而不涉及下游污染(如建筑管道)引起的水质变化。饮用水标准包括一长串的污染物清单以及它们对饮用水的最大允许水平(最大污染物水平,MCL)。

                   

                  建筑水系统部件主要由当地规范管理。许多规范机构依赖第三方认证,尤其是ANSI/NSF标准61,作为与饮用水接触的材料安全的最低要求。NSF14是另一种塑料管专用认证。这些标准得到广泛认可,至少有36个州采用了这些标准作为住宅管道的要求。统一管道规范要求饮用水用塑料材料符合ANSI/NSF146115)。

                   

                  认证提供了基本的化学迁移?;?。为了获得NSF 61的批准,管道材料与各种测试水样接触(通常是三周的暴露),包括具有典型消毒后化学特性和一系列酸度水平的水,以模拟不同的使用条件(16)。然后测试接触水是否存在300多种化学物质,并与安全水平进行比较。[4]不幸的是,监测到的污染物清单并不广泛,因此购买者只有一个是/否认证结果,几乎没有其他信息可以消除他们的顾虑。

                   

                  NSF认证并不是所有人都接受的充分?;?。在加利福尼亚州,一场旷日持久的争论发生在州政府是否应该在州建筑规范中批准PEX管材。反对者认为,NSF61认证过程没有完全解决化学迁移问题(17)。

                   

                  欧洲各国政府和安全机构有一套管理水质的法规。其中大多数涉及化学迁移问题,需要某种类型的认证测试。根据制造商的宣传材料,一些标准和高温高密度聚乙烯配方已被批准用于整个欧洲的饮用水应用(18)。

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