萬 峰，祿春強，孫 衎，溫世強，王國雨

(上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院， 上海 201114)

0 前言

聚氯乙烯(PVC)排水管件/材在生產加工過程中，需要加入一些加工助劑，如填充劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、增塑劑、阻燃劑等。其中，使用量較大的添加劑是穩(wěn)定劑和增塑劑，鉛作為較廉價的穩(wěn)定劑被大量的使用在PVC排水管產品中[1]。

雖然通過這些PVC排水管的液體不會被人們直接飲用，但是這些液體排入下水系統(tǒng)中，其中的有害物質也會遷移至外環(huán)境，造成污染，最終影響人體健康[2]。因此有必要對PVC排水管中鉛元素的浸出情況進行研究。

筆者選取3種鉛含量的PVC排水管，分析鉛浸出情況，為研究其造成的環(huán)境影響提供數據參考。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

鉛單元素儲備溶液：質量濃度為1 g/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；

硝酸、硫酸、過氧化氫、鹽酸與氨水：優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；

5%(質量分數)次氯酸鈉溶液、無水氯化鈣、無水碳酸氫鈉：優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；

超純水：電阻率不小于18.2 MΩ·cm，自制。

1.2 實驗介質及配制

模擬酸雨溶液：參照上海市浦東新區(qū)近年酸雨情況[3]，取0.011 mL濃硝酸及0.018 mL濃硫酸加入20 L超純水，搖勻，使用5%(體積分數)稀氨水及1%(體積分數)稀硝酸調節(jié)pH至4.38。

4%(體積分數，下同)乙酸溶液：依據GB 31604.1—2015 《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品遷移實驗通則》及GB 5009.156—2016 《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品遷移實驗預處理方法通則》，選用較為嚴苛的食品模擬物，即4%乙酸為浸出液，其pH約為2.40。

模擬自來水：按照GB/T 17219—1998 《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》配制人造自來水，其pH約為8.00。

1.3 儀器和設備

電子天平：ML204T型，梅特勒-托利多國際貿易(上海)有限公司；

微波消解儀：MARS6型，美國CEM公司；

電感耦合等離子體光譜儀：7300DV型，珀金埃爾默股份有限公司。

1.4 實驗方法

截取PVC排水管，用自來水沖洗干凈晾干，使用潔凈的橡皮塞塞住一端，分別使用3種溶出介質灌裝入管內，確保不泄漏后使用封口膜密封，于室溫下靜止。分別于灌裝后1 d、2 d、4 d、8 d及16 d測試溶液中鉛含量。

2 結果與討論

2.1 PVC排水管中鉛含量

使用微波消解法消解，電感耦合等離子體發(fā)射光譜測試3個批次PVC排水管中的鉛含量[4]，結果見表1。

表1 樣品鉛含量分析結果

由表1可知：3個樣品鉛含量均超過GB/T 5836.1—2018 《建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管件》中鉛的限量要求，其中1號樣在限量要求200 mg/kg附近范圍，2號樣品鉛含量較多，3號樣品鉛含量為日常測試中的最高值。

2.2 溶出測試結果

分別以模擬酸雨、4%乙酸及模擬自來水對3個批次的PVC排水管進行溶出實驗，經過16 d的浸泡，鉛在各時間點的溶出質量濃度見表2。由表2可以看出:在4%乙酸溶液中鉛的溶出質量濃度最高可達6.546 mg/L。我國針對污水排放中重金屬限制的標準有GB/T 31962—2015 《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》及GB 25466—2010 《鉛鋅工業(yè)污染物排放標準》，對鉛排放最嚴格的限量分別為0.5 mg/L及0.2 mg/L。

表2 溶出鉛濃度分析結果 mg/L

2.3 結果分析

2.3.1 鉛溶出量隨時間及鉛含量變化的規(guī)律

3種溶出介質中各批次的PVC排水管鉛溶出量隨時間變化趨勢見圖1。

鉛的溶出量在整個實驗周期隨著浸出時間變化而顯著遞增，且PVC管中鉛含量越高，鉛的溶出量越大。這符合菲克定律：在單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質流量與該截面處的濃度梯度成正比，即濃度梯度越大，擴散通量越大。

(a) 模擬酸雨

2.3.2 鉛溶出速率隨時間變化的規(guī)律

3種溶出介質中鉛溶出速率的變化規(guī)律見圖2。

(a) 模擬酸雨

3種溶出介質中鉛的溶出是持續(xù)性的，其溶出速率在整個溶出周期中逐漸減小，這可能是由于溶出初期鉛快速從PVC排水管表面解吸脫附進入溶液，在經過一段時間溶出介質中鉛離子增大而PVC排水管接觸表面鉛減少，從而導致溶出速率減小[5-6]。

2.3.3 鉛溶出量與溶出介質的關系

3號樣品在各溶出介質中鉛溶出質量濃度見圖3。

圖3 3號樣品在各介質中鉛溶出質量濃度的變化規(guī)律

3種溶出介質(模擬酸雨、4%乙酸及模擬自來水)的pH分別為4.38、8.00、2.40。理論上pH會影響重金屬的有效態(tài)，pH越低溶出能力越高。此次實驗中pH最高的4%乙酸對鉛的溶出能力最高，而模擬酸雨和模擬自來水的溶出能力并無明顯差異。這可能是由于酸雨中存在硫酸根離子，25 ℃時，硫酸鉛的溶解度為4.25 mg/(100 mL)，遠低于氯化鉛的溶解度(5.85 g/(100 mL))及醋酸鉛的溶解度(44.30 g/(100 mL))，可見由于硫酸根對鉛離子溶出存在抑制作用，導致了此次實驗結果。

3 結語

通過對3種鉛含量PVC排水管分別在三種溶出介質中鉛溶出量進行測試，結果表明：PVC排水管的鉛含量越高，其鉛的溶出量也越高；含有高含量鉛的PVC排水管在整個使用周期會釋放一定量的鉛，對整個排水系統(tǒng)及環(huán)境造成影響；此外，在整個溶出過程中，鉛溶出的速率迅速遞減。