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      高密度聚乙烯(HDPE管)是飲用水的好選擇嗎?

      信息來源:中升管業 時間:2020-08-29 10:17:39 瀏覽次數:-

      快速反應問題:金屬管道和管道材料歷來存在腐蝕、沉積物堆積、耐壓、導熱和耐化學腐蝕等問題。交聯聚乙烯(PEX)管道是一種替代方法,但對于主要的商業安裝,可用尺寸太小。高密度聚乙烯(HDPE)是飲用水應用的良好環境選擇嗎?

       

      HDPE管 高密度聚乙烯管

      背景

       

      高密度聚乙烯管材塑料管材廣泛用于輸送各種類型的氣體和液體。由于固有的優點,塑料可能比金屬好。它們重量較輕,不需要明火連接,而且靈活,可以簡化安裝并減少因凍結造成的破裂。

       

      塑料通常成本較低,并且在某些應用中能抵抗金屬腐蝕和結垢。

       

      由于擔心化學污染物的遷移,用于盛裝食品和水的塑料正受到高度關注。最近的許多研究和媒體都集中在內分泌干擾的化學物質上,比如在聚碳酸酯嬰兒奶瓶中發現的雙酚a,以及在乙烯基玩具和其他產品中發現的鄰苯二甲酸酯。

       

      塑料管樹脂

      在飲用水應用中,塑料引起了一些爭議。上世紀70年代引入的聚丁烯管道材料導致了無法接受的泄漏問題,最終引發了一場大規模的集體訴訟。聚氯乙烯(PVC)和氯化聚氯乙烯(CPVC)管很常見。然而,一些環保組織認為,與聚氯乙烯生產和管道處理相關的風險大于這些材料的優勢(1)。[1]

       

      交聯聚乙烯(PEX)自20世紀80年代開始用于輻射采暖系統,近年來在飲用水方面也變得很流行。PEXPEX內襯管在全國有廣泛的規范驗收,但PEX需要特殊配件,且不可回收。生產PEX所需的化學交聯增加了成本,并增加了污染物從塑料遷移到水的可能性。例如,在地下使用PEX管道時,管道可能與地下水接觸。在加利福尼亞州法規批準過程中,里德(2005年)提供了證據,證明在地下水受到石油產品污染的地區,汽油添加劑甲基叔丁基醚(MTBE)或殺蟲劑可能會通過PEX管道(2)滲透。他最后的環境影響報告指出,雖然化學物質的遷移是一個問題,但隨著時間的推移,污染物的水平會迅速下降到安全水平。反對者主張對聚合物配方和化學浸出液進行更徹底的測試(3)。

       

      高密度聚乙烯(HDPE)管已經在非飲用水應用中使用了幾十年。尤其是,HDPE管通常是其焊接接頭的首選[2]。雖然需要特殊設備來形成焊縫,但焊接不需要單獨的配件,這是泄漏和污染物滲透的共同來源。高密度聚乙烯(HDPE)非常柔軟,比聚氯乙烯(PVC)等更易碎的聚合物更能承受更嚴酷的現場處理。靈活性還允許在管道系統中轉彎,而不需要額外的接頭。

       

      HDPE最初用于飲用水系統的溫度很高,不足以用于冷水系統。供應商隨后開發出具有優異強度和高溫性能的交聯聚乙烯(PEX)。PEX在地板輻射采暖應用中很常見,在家用冷熱水系統中也越來越普遍。但是,正如上面在最初的問題中所指出的,對于更大的商業安裝來說,可用的管道尺寸太小了。HDPEPEX都是聚乙烯(PE),但由于它們的性質不同,應注意不要混淆這兩種截然不同的材料。

       

      高密度聚乙烯(HDPE)可用于熱水,作為多層管道的襯里,其強度由另一個管道層(如鋁)提供,但多層管道并不能提供塑料的所有性能優勢。在過去的十年左右,新的高密度聚乙烯配方,例如陶氏的PE-RT(耐高溫聚乙烯),已經可以用于高溫用途,包括家用熱水。

       

      在飲用水存在的情況下,化學品是否會從HDPE管道中遷移或浸出?

       

      所有的塑料都含有一些制造所需的化學物質殘留。這些可能包括一種或多種有助于聚合反應的催化劑,以及微量未反應的原料。在形成最終產品之前,一些添加劑通常與聚合物樹脂混合。這些可能包括穩定劑、紫外線阻滯劑、增塑劑、抗氧化劑、著色劑等,以增強加工和性能特性(4)。生產管道的公司可能不會披露這些添加劑,因此必須評估與飲用水、食品或飲料接觸的任何材料的化學遷移風險。

       

      當發生化學污染時,通常是由于這些非聚合物添加劑的遷移,或者可能是由于制造和安裝程序的殘余物造成的。例如,切割管道時,可能會在管道內留下一些灰塵或顆粒,但大多數灰塵或顆粒在安裝后和首次使用前被沖洗干凈。

       

      以下是幾份獨立研究報告的注釋,這些研究報告涉及HDPE樹脂和HDPE管道以及飲用水應用中的化學遷移、細菌生長或滲透。

       

      起初,對塑料管污染物遷移的研究似乎集中在味道和氣味問題上,而不是塑料管的化學危害(5)。在處理這些感官特征時,Skjevrak2003年進行的一項研究確定了HDPE管道中各種各樣的滲濾液。[3]與這些滲濾液相關的氣味高于美國環保局非強制性質量標準規定的可接受水平(6)。

       

      Skjevrak發現,污染的主要來源很可能是由于常見聚合物抗氧化劑的分解產物。雖然這些污染物沒有顯著的毒性,但還發現了許多其他次要污染物,包括苯和二甲苯。所有樣本中都出現了類似的芳香烴污染物,但含量僅為十億分之一,遠低于美國環保局為安全飲用水設定的最高污染物水平(7)。

       

      Monique Durand8;9)在2005-6年的研究中回顧了大量關于HDPE向水中遷移的研究。杜蘭德說,被認為有助于味覺和氣味的化學物質源于1)改變或降解產物,在管材制造過程中的擠出步驟(200-250攝氏度)中由原始添加劑產生;2)化合物是由純酚類添加劑合成而成的副產品或雜質。氯化水和高溫似乎加速了浸出。隨著時間的推移,氯可以分解聚合物抗氧化劑,使管道更容易受到化學侵蝕。為了減少遷移,制造商研究了將抗氧化劑與聚合物基體結合并減少抗氧化劑添加劑中雜質的方法。

       

      杜蘭德認為,在普通塑料中,HDPEPEXCPVC塑料材料產生的氣味更強烈。CPVC和銅是最不易產生異味的物質。杜蘭德還報告說,有機浸出物在CPVCHDPE中含量較低,而在一些PEX材料中含量較高。沒有人聲稱與這些滲濾液有關的健康風險。

       

      除了浸出過程中產生的污染外,化學品還可以通過管道周圍受污染土壤的污染物通過管壁滲透進入飲用水(3)。在大多數情況下,滲透問題涉及塑料材料和工業區(例如加油站附近)柴油或石油產品污染的土壤。在土壤可能受到有機液體污染的地方,應避免使用塑料(10)。

       

      根據Yang等人2011年對許多不同塑料樹脂和產品進行實驗室提取的研究,大多數塑料樹脂顯示出可檢測到的雌激素活性(EA)化合物(11)。本試驗不在塑料管上進行,而是在HDPE產品上進行。該測試表明,EA化合物存在于大多數塑料中,包括HDPE,但與實驗室用EtOH或生理鹽水萃取相比,不能證明這些化合物在正常使用(如管道應用)期間會發生遷移。

       

      由普渡大學的惠頓集團和其他機構主持的國家科學基金項目的第一階段的研究人員正在進行PEX、HDPE和其他管道的現場測試。2014年,在馬薩諸塞州波士頓舉行的美國水廠協會年會上,發表了包括HDPE化學浸出和細菌生長潛力在內的研究結果。此前,惠頓曾就石油或其他液體泄漏污染飲用水后管道中的化學污染進行過研究。此時,在網上找不到惠頓集團的研究論文。訪問惠頓集團網站(12)了解更多背景和聯系信息。

       

      為塑料管道研究所HDPE市政咨詢委員會編制的2012年評估報告提出了一種計算苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)通過HDPE水管滲透的工程方法,該方法基于對1英寸壁厚HDPE管的幾次實驗室實驗。該報告試圖開發一種方法來預測管道周圍的污染土壤中的BTEX水平,這些土壤可能會滲透HDPE管道并可能污染供水系統。一個結論可能對設計水管材料系統的工程師感興趣。研究人員推測,HDPE管道中的水流可以顯著降低BTEX污染,達到安全飲用水平。報告指出:實例計算表明,HDPE水管沿線土壤中存在BTEX污染并不一定意味著管道中的飲用水將超過監管限制13)。

       

      雖然已經對HDPE管進行了實驗室和現場研究,但SternLagos的評論指出了塑料水管風險評估的復雜性(14)。從任何給定管道中遷移的化學物質不僅取決于化學配方,還取決于管道材料特性,甚至可能取決于周圍地面或已安裝管道周圍的填充材料。隨著時間的推移,塑料配方因供應商而異。遷移可能會隨著水質和使用環境的變化而變化。人們對某些污染物知之甚少,而另一些污染物則是有害的,特別是對易受傷害的人群??紤]到這種動態條件,確保安全是一個挑戰。

       

      監管和第三方認證的作用

       

      根據《安全飲用水法案》,美國環境保護局(USEPA)制定了飲用水分配系統中污染物水平的規定。這些標準主要針對進入配水系統的水質,而不涉及下游污染(如建筑管道)引起的水質變化。飲用水標準包括一長串的污染物清單以及它們對飲用水的最大允許水平(最大污染物水平,MCL)。

       

      建筑水系統部件主要由當地規范管理。許多規范機構依賴第三方認證,尤其是ANSI/NSF標準61,作為與飲用水接觸的材料安全的最低要求。NSF14是另一種塑料管專用認證。這些標準得到廣泛認可,至少有36個州采用了這些標準作為住宅管道的要求。統一管道規范要求飲用水用塑料材料符合ANSI/NSF146115)。

       

      認證提供了基本的化學遷移保護。為了獲得NSF 61的批準,管道材料與各種測試水樣接觸(通常是三周的暴露),包括具有典型消毒后化學特性和一系列酸度水平的水,以模擬不同的使用條件(16)。然后測試接觸水是否存在300多種化學物質,并與安全水平進行比較。[4]不幸的是,監測到的污染物清單并不廣泛,因此購買者只有一個是/否認證結果,幾乎沒有其他信息可以消除他們的顧慮。

       

      NSF認證并不是所有人都接受的充分保護。在加利福尼亞州,一場曠日持久的爭論發生在州政府是否應該在州建筑規范中批準PEX管材。反對者認為,NSF61認證過程沒有完全解決化學遷移問題(17)。

       

      歐洲各國政府和安全機構有一套管理水質的法規。其中大多數涉及化學遷移問題,需要某種類型的認證測試。根據制造商的宣傳材料,一些標準和高溫高密度聚乙烯配方已被批準用于整個歐洲的飲用水應用(18)。

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