天津自來(lái)水集團(tuán)有限公司科技情報(bào)站
馮新譯 劉萬(wàn)福 經(jīng)實(shí)驗(yàn)室研究，對(duì)有害金屬?gòu)娘嬘盟芫€水泥砂漿襯里中滲出做了檢測(cè)。將已知水質(zhì)情況的自來(lái)水放入要測(cè)試管線中，在靜止、有壓力的條件下保持一段時(shí)間，并在測(cè)試階段不斷從這條管線中取水樣，檢測(cè)其中的金屬和其它水質(zhì)參數(shù)。前14天中，被測(cè)的3條管線中有2條管線的水泥砂漿襯里中明顯滲出了鋇，鎘和鉻。重新注滿水后，測(cè)得鋇和鉻繼續(xù)滲出。因此，作者建議給水公司要有選擇地挑選水泥做為管道村里材料。
越來(lái)越多的水泥窯使用有害的廢物衍生燃料(簡(jiǎn)稱HWF)做為主要的或可替換的能源。目前，美國(guó)大于20％的水泥窯還在按常規(guī)燃燒有害的廢物。有些HWF不僅含有應(yīng)該控制的有機(jī)化合物，還含有應(yīng)控制的有害金屬。與煤相比，產(chǎn)生相同的熱能，HWF含有的鋇比煤多30倍，含有的鉻比煤多11倍，含有的鉛比煤多28倍。
HWF中的金屬?zèng)]有被破壞，最后存在于水泥窯的排放物，窯灰或燒結(jié)塊中。將燒結(jié)塊和石膏磨碎后制成水泥其具有多種用途。 實(shí)驗(yàn)管線及裝置特性 表l| 管線材質(zhì) | 參數(shù) | | 管線 | | | 材質(zhì) | 延性鐵管 | | 長(zhǎng)度 | 5英尺（1.52m） | | 直徑 | 6英寸（152mm） | | 容積 | 7.4加侖（2.8升） | | 封端和填料 | | | 封端材質(zhì) | 鑄鐵 | | 封端尺寸 | 厚1.5英寸直徑10英寸 | | 填料材質(zhì) | 氯丁橡膠 | | 填料尺寸 | 大于管道外徑（大約8英寸） | | 裝置 | | | 泵閥 | 泵丙烯 | | 管道 | 聚丙烯 | | 旋塞閥 | 聚丙烯 | | 截止閥 | 聚四氯乙烯 | | 壓力表保護(hù)裝置 | 聚丙烯 | | 泄壓閥 | 聚氯乙烯 | | 泵 | Prominent牌水泵 | 
水泥砂漿是水泥、砂和水按照一定比例配制的混合物，廣泛應(yīng)用于新的飲用水管道內(nèi)涂襯。當(dāng)含有金屬的水泥用于飲水管道涂襯時(shí)，應(yīng)受到控制的金屬會(huì)從水泥砂漿襯里中滲出。
在本研究之前，應(yīng)受到控制的金屬?gòu)娘嬘盟艿浪嗌皾{樹(shù)里中滲出的數(shù)量還沒(méi)有確定。人們?nèi)狈?duì)水泥砂漿襯里中重金屬致命危害的了解，因此促使我們對(duì)有害金屬的瀝濾過(guò)程做了實(shí)驗(yàn)室研究。 一、材料、實(shí)驗(yàn)步驟及分析方法 1、實(shí)驗(yàn)裝置
使用未涂襯的管線，其特性列在表1中。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)試所需裝置由圖l表示。 用Ｘ光熒光含量（XRF），酸性可溶物含量（ASC）及毒理學(xué)參數(shù)測(cè)試三條管段水泥襯中有害金屬的滲出情況 表2| 金屬 | 第1管道 | 第2管道 | 第3管道 | 水泥產(chǎn)業(yè)平均值 | | X光熒光含量mg/kg | 酸性可溶物含量mg/kg | 滲出過(guò)程毒性參數(shù)μg/L | X光熒光含量mg/kg | 酸性可溶物含量mg/kg | 滲出過(guò)程毒性參數(shù)μg/L | X光熒光含量mg/kg | 酸性可溶物含量mg/kg | 滲出過(guò)程毒性參數(shù)μg/L | X光熒光含量mg/kg | 酸性可溶物含量mg/kg | 滲出過(guò)程毒性參數(shù)μg/L | | 砷 | 10.00 | 1.19 | 0.06 | 13.00 | 2.15 | 0.92 | 12.00 | 0.79 | ND+ | NA++ | 19 | 27 | | 鋇 | NA | 24.58 | 484.89 | NA | 26.93 | 583.32 | NA | 20.45 | 831.63 | NA | 280 | 1350 | | 鈹 | NA | 0.86 | 2.19 | NA | 0.89 | ND | NA | 1.20 | ND | NA | 1.13 | 0.5 | | 匐 | NA | 0.03 | 1.59 | NA | 0.02 | 0.09 | NA | 1.50 | ND | NA | 0.34 | 1.9 | | 鉻 | 315.00 | 24.20 | 329.92 | 143.00 | 16.47 | 66.66 | 230.00 | 28.01 | 986.21 | NA | 76 | 540 | | 鉛 | ＜5 | 0.46 | ND | ＜5 | 0.25 | 8.00 | 140.00 | 23.18 | 17.24 | NA | 12 | 9 | | 鎳 | 49.00 | 5.11 | 24.14 | 49.00 | 6.47 | 57.32 | 91.00 | 13.72 | 81.40 | NA | 31 | 110 | | 硒 | NA | 0.00 | ND | NA | 0.00 | ND | NA | 0.92 | 4.36 | NA | 1.42 | 11 | | 鉈 | NA | 0.00 | ND | NA | 0.00 | ND | NA | 0.02 | 0.50 | NA | 1.08 | 10 | 用X光熒光含量(XRF)，酸性可溶物含量(ASC) 及毒理學(xué)參數(shù)測(cè)試三條管段水泥襯中有害金屬的滲出情況表2
2、用于襯里水泥的毒物滲出參數(shù)
研究人員從11家燃燒HWF的水泥窯收集了16袋水泥。其中的3袋水泥用于3條測(cè)試管道的涂襯。表2列出了這3袋水泥涂襯后有毒物質(zhì)滲出情況。
3、水泥砂漿涂樹(shù)方法
待測(cè)試的管道由專業(yè)涂襯公司完成管道涂襯，執(zhí)行美國(guó)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。表3列出了測(cè)試管道水泥砂漿襯里的特性。 測(cè)試管道水泥砂漿襯里的特點(diǎn) 表3| 參數(shù) | 第1管道 | 第2管道 | 第3管道 | | 水泥 | | | | | 樣品標(biāo)志 | TX1（TX）-1 | HOLNAM（SC）-2 | RIVER（MO）-1 | | 型號(hào) | 波特蘭I型 | 波特蘭I型 | 波特蘭I型 | | 收集時(shí)間 | 4/5/95 | | 4/3/95 | | 水泥砂漿 | | | | | 水泥砂子比 | 1：1 | 1：1 | 1：1 | | 坍落 | 4-4.5英寸 | 4英寸 | 4——4.5英寸 | | 水與水泥比 | 0.71-0.78 | 大約0.7 | 0.71-0.78 | | 襯里 | | | | | 厚度 | 0.25英寸 | 0.25英寸 | 0.25英寸 | | 方式 | 現(xiàn)場(chǎng)涂襯 | 現(xiàn)場(chǎng)涂襯 | 現(xiàn)場(chǎng)涂襯 | | 涂襯時(shí)間 | 6/21/95 | 11/6/95 | 5/21/96 | 操作步驟：
完成涂襯的測(cè)試管道需進(jìn)行消毒，消毒使用的是普通的漂白劑，投加的漂白劑劑量為12ml，使水中氯濃度達(dá)到25mg/L，并將管道水靜止24小時(shí)。測(cè)得第1，2，3管道水中的氯濃度分別為10.2，18，18mg／L。該剩余氯濃度均大于10mg／L，符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)過(guò)2小時(shí)氯消毒后，用自來(lái)水連續(xù)沖洗第1管道，使其氯濃度降到2.0mg／L，將第2條管道的水排出，重新注滿水，使水中氯濃度為1.2mg／L，第3條管道水的氯濃度比第2條更低。用泵給水加壓到483KPa，并靜滯一段時(shí)間。表4列出了3條測(cè)試管道的運(yùn)行情況。 測(cè)試管道的運(yùn)行情況| 參數(shù) | 第1管道 | 第2管道 | 第3管道 | | 用含氯的水消毒 | 靜帶1天，無(wú)壓 | 靜滯1天，無(wú)壓 | 靜滯1天，無(wú)壓 | | 第1次注水 | 靜滯14天，加壓 | 靜滯18天，加壓 | 靜滯14天，加壓 | | 用龍頭水再次注水 | 無(wú) | 18個(gè)周期，每個(gè)周期為3至12在，加壓 | 1個(gè)周期，持續(xù)6天，加壓 | | 注入軟水 | 無(wú) | 3個(gè)周期，每個(gè)周期為7天，加壓 | 1個(gè)周期，持續(xù)14天，加壓 | 二、結(jié)果 1、測(cè)試的管道第1次注水后金屬濃度和其它水質(zhì)參數(shù)的變化
圖2表示出了第1次注水后測(cè)試管道隨時(shí)間變化的金屬濃度。測(cè)試管道的水樣進(jìn)行空白校正。經(jīng)空白校正的水樣只代表水泥砂漿襯里中金屬所起的作用。 
表5列出了第1次注水后有害金屬滲出的最大凈濃度。為作比較，表5同時(shí)列出了美國(guó)環(huán)保局目前使用的相應(yīng)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 第1次注水后測(cè)得最大凈金屬濃度| 金屬 | 第1條管道μg/L | 第2條管道μg/L | 第3條管道μg/L | 美國(guó)環(huán)保局飲用水標(biāo)準(zhǔn)μg/L | 管道的最大凈濃度按飲用水標(biāo)準(zhǔn)的百分?jǐn)?shù)計(jì) | | 砷 | 0.27 | 0.69 | 1.44* | 50 | 2.88 | | 鋇 | 362.77* | 169.97 | 80.20 | 2000 | 18.14 | | 鈹 | 0.00 | 1.38* | 0.29 | 4 | 34.50 | | 鎘 | 1.11* | 0.95 | 0.04 | 5 | 22.20 | | 鉻 | 18.92* | 2.01 | 9.45 | 100 | 18.92 | | 鉛 | 10.44* | 0.00 | 0.00 | 15≠ | 69.60 | | 鎳 | 34.63* | 2.42 | 0.00 | 100 | 34.63 | | 硒 | 16.39* | 2.46 | 1.61 | 50 | 33.86 | | 鉈 | 0.00 | 0.62* | 0.00 | 2 | 31.00 | 圖3表示出水樣在測(cè)定的時(shí)間內(nèi)pH，總硬度，鈣硬度，堿度，導(dǎo)電率，飽和指數(shù)的變化。
第1條管道，如圖2所示，隨著時(shí)間變化，金屬濃度逐漸地增大和減少。如圖3所示，與水泥砂漿襯里僅接觸3小時(shí)后，管道水的pH從7.43增加到11.43，經(jīng)過(guò)靜滯14天后，pH為12.11。所有水樣都顯示出高的正飽和指數(shù)。靜滯3天后，總氯濃度從2.0降到0.15mg/L，測(cè)試后拆開(kāi)試驗(yàn)裝置，發(fā)現(xiàn)襯里光滑，結(jié)構(gòu)完整。
第2條管道，如圖2所示，除鈹以外，隨著時(shí)間變化，金屬濃度逐漸增大和減少。第1次注入水后，發(fā)現(xiàn)管道水的硬度，導(dǎo)電率和堿度逐漸增加(圖3)。第1天，pH從7.03很快升高到11.57。在以后靜滯的3天中，總氯濃度從1.18降到O.07mg／L。水被排掉，又注入新的自來(lái)水，收集排掉水的最后一部分檢測(cè)金屬濃度，其結(jié)果列在表6中。 | 金屬 | 第1條管道 | 第2條管道 | 第3條管道 | | 加氯結(jié)束時(shí) | 加氯結(jié)束時(shí) | 排水結(jié)束時(shí) | 加入龍頭水 | 加軟水 | 加氯結(jié)束時(shí) | 排水結(jié)束時(shí) | 加入龍頭水 | 加軟水 | | 砷 | 0.05 | 0.00 | 2.54 | 0.23 | 0.13 | 1.95 | 3.34 | 0.27 | 0.20 | | 鋇 | 209.36 | 125.60 | 299.78 | 14.46 | 29.11 | 31.21 | 98.40 | 29.83 | 67.25 | | 鈹 | 0.00 | 0.00 | 1.88 | 0.00 | 0.00 | 0.33 | 0.35 | 0.35 | 0.00 | | 鎘 | 0.04 | 0.06 | 0.74 | 0.03 | 0.00 | 0.03 | 0.50 | 0.00 | 0.00 | | 鉻 | 28.24 | 2.83 | 4.95 | 2.45 | 2.11 | 27.68 | 20.54 | 3.49 | 2.37 | | 鉛 | 0.87 | 0.00 | 6.22 | 0.00 | 0.08 | 0.96 | 43.78 | 0.00 | 0.48 | | 鎳 | 0.00 | 1.97 | 47.12 | 0.00 | 0.00 | 2.50 | 46.36 | 0.00 | 0.90 | | 硒 | 14.45 | 0.00 | 0.00 | 2.28 | 3.57 | 0.37 | 1.17 | 0.00 | 0.00 | | 鉈 | 0.02 | 0.00 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.10 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
第3條管道，如圖2所示，所有測(cè)試的金 屬濃度隨時(shí)間的變化逐漸地增大和減小。第1次注水后，與襯里接觸1天后，管道水的pH很快從6.91升到11.13。水被放掉，注入新的自來(lái)水。收集排掉水的最后一部分檢測(cè) 金屬濃度，其中砷、鋇、鎘、鉻、鉛、鎳的濃度(表6)比混合管道水的濃度高得多(見(jiàn)表5，圖2)。
2、加氯消毒結(jié)束時(shí)管道水金屬濃度的變 化
第1次注水之前24小時(shí)給測(cè)試管道加 氯。加氯結(jié)束時(shí)，取水樣分析金屬濃度(表6)。所有測(cè)試管道加氯后水中鉻濃度比第1 次注水的濃度高。
3、加入自來(lái)水后金屬濃度的變化
第1次加水后，第2、3條管道重新加龍 頭水。第2條管道加水18次，第3條管道加水1次(表4)。從第2條管道的第6次，第10 次，第18次加水后取樣分析金屬濃度。表6 表示出第三個(gè)水樣的最大凈濃度。第2條管道初始自來(lái)水中發(fā)現(xiàn)砷、鋇、錦鉻、硒、鉈有少 量的增長(zhǎng)。加水18次后鋇的最大凈濃度為14.46μg/L，鉻的最大凈濃度為2.45μg／L。 發(fā)現(xiàn)第3條管道砷、鋇、鈹、鉻濃度有所增長(zhǎng)。 加水結(jié)束時(shí)，鋇的凈濃度為29.83μg/L，鉻為3.49μg／L。
4、加入軟水后金屬濃度的變化
重新加入龍頭水后，給第2、3條管道加 入軟水。第2條管道加3次，第3條管道加1次(表4)。從第2條管道第1次加軟水中取2 次水樣，分析金屬濃度。第3條管道取4次水 樣。表6表示了這些水樣的最大凈濃度。第2條管道發(fā)現(xiàn)砷、鋇、鉛、硒略有增長(zhǎng)。同時(shí)第3條管道也發(fā)現(xiàn)砷、鋇、鉻、鉛、鎳，鉈有所增 加(表6)。
5、測(cè)量的金屬濃度與目前飲水標(biāo)準(zhǔn)比較第1次14—18天水靜滯過(guò)程中，3條測(cè)試管道中的2條管道鋇、鎘、鉻濃度有顯著的 增加。這三種金屬的增加量比相應(yīng)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)多20％。同時(shí)發(fā)現(xiàn)相同條件下砷的濃度也有增長(zhǎng)，但不明顯，比飲用水標(biāo)準(zhǔn)多3％。 結(jié)論 此項(xiàng)研究是在實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)條件下，將三段管道涂襯，測(cè)試從襯里滲出的金屬數(shù)量。滲出的有害金屬有砷、鋇、鈹、鎘、鉻、鉛、鎳、硒、鉈等九種。為了監(jiān)控金屬滲出的環(huán)境，測(cè)試期間同時(shí)給其它水質(zhì)參數(shù)也進(jìn)行了定量，這些水質(zhì)參數(shù)包括pH，溫度，總硬度，鈣硬度，堿度，導(dǎo)電率，CaCO3飽和指數(shù)以及氯含量。
在第1次14天的水樣靜滯期間，3條測(cè)試管道中的2條管道水泥砂漿襯里滲出了數(shù)量較多的鋇、鍋、鉻。在第1次水靜滯5天期間，管道中鋇濃度的含量超過(guò)了最初龍頭水的含量，比目前飲用水標(biāo)準(zhǔn)(5μg/L)多22％。在第1次的水靜滯3天期間，鉻濃度快速增長(zhǎng)，比目前飲用水標(biāo)準(zhǔn)(100μg／L)多19％。在第1次的水靜滯14天期間，鋇濃度逐漸增長(zhǎng)，比目前飲用水標(biāo)準(zhǔn)(2000μg／L)多18％。金屬濃度的增加量不包括管道最后排放水中的數(shù)量。若考慮到這最后排放水中的金屬含量，則金屬濃度的增加量要比測(cè)得的結(jié)果還要大。
第1次給管道加水，以及后來(lái)加龍頭水和軟水，PH，硬度和導(dǎo)電率都增加得很快。即使第18次加龍頭水和3次軟水后，CaCO3飽和指數(shù)仍保持很高的正值。
用于測(cè)試管道涂襯的水泥比商業(yè)用的水泥金屬含量少。低流量配水系統(tǒng)以及死水端使用有的商業(yè)水泥可能金屬濃度更大，在幾乎靜止?jié)B漏狀態(tài)下如在低流量配水系統(tǒng)或管網(wǎng)死端可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這種狀況。由水泥而導(dǎo)致滲出高的金屬濃度不容易出現(xiàn)在大流量的配水系統(tǒng)，因?yàn)榇蟮牧髁繒?huì)將滲出的金屬濃度稀釋。
作者建議給水公司應(yīng)慎重選擇用于飲用水管道涂襯的水泥。今后應(yīng)制定有關(guān)政策，指導(dǎo)水公司做好水泥的選擇。 | 
