建筑给水市场管材的种类很多。关于管材对水质影响的研究主要分为2种情况:一种是仅对于管材本身的研究, 即检测分析不同管材浸泡液的成分含量的变化或水质与管材相关性^[1~3];另一种是通过检测已经实际使用的用户末端的出水水质来分析建筑给水管材的水质安全特性^[4]。这些研究结果或者因研究对象只有管材本身这个单一的条件而不能全面分析该管材实际应用于管路系统时对水质的作用效果;或者由于实际用户末端的入户管及末端出水器具的不同而干扰试验结果。本研究通过一套模拟实际运行的管路系统来研究建筑给水管材对水质安全性的影响, 考虑到管材管件及连接影响的同时对于非相关的干扰因素加以摒除, 从而为试验结论的客观准确提供了必要的前提条件。

有机物检测采用岛津仪器有限公司气相色谱质谱联用仪 (GCMS-QP2010) , TOC采用岛津仪器有限公司总有机碳分析仪 (TOC-L CPH) , 余氯采用美国哈希公司分光光度计DR3900。

研究对象为常见的塑料类管材和复合管材中的衬塑钢管。管材为从厂家直接购买, 均为市场上占有率较高、且品牌知名的管材, 分别为PPR, PVC-C, PE, 衬塑钢管, 管径选取为DN25。

管路系统采用多段长管回转连接而成。整个装置为自动控制冲水时间, 前后端分别设进出水取样口。动态试验装置的出水取样口和进水取样口之间的变化即为模拟实际使用过程中管材和管件对水质的影响情况。每种管材设置2~3组完全相同的管路, 以满足采集平行样的要求。

(1) 《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》 (GB-T 17219-1998, 以下简称“标准”) 。

(2) 《生活饮用水标准检验方法》 (GB/T 5750-2006) 。

(3) 《生活饮用水卫生标准》 (GB/T 5749-2006) 。

动态试验采用如上所述的试验装置, 试验对象为自来水, 为了方便和“标准”的参数比对, 动态试验装置每个取样周期的停留时间同样设置成24h。然后依次取样检测, 取样后管材冲洗5min, 浸泡24h, 依次往复。试验运行约1年。针对于实际自来水作为原水, 以管材管件构成的管路共同作为研究对象, 模拟实际运行情况。这样的动态试验和国标中的静态浸泡试验相比较, 更加能够客观有效地反映实际管材应用时的情况。

动态试验装置每个停留周期为24h, 取样后装置中每种管材冲水5min后, 重新充满自来水再继续进行下一个24h的浸泡周期。运行时间1~180d, 每个浸泡周期24h的出水TOC浓度如图1所示。

从图1可以看出, 运行第1d的停留24h出水TOC浓度最高。其中, 衬塑钢管和PVC-C管超过1mg/L, 符合《生活饮用水卫生标准》 (GB/T 5749-2006) 参考指标中TOC限值要求, 不符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》 (GB/T 17219-2001) 中TOC浓度增量不超过1mg/L的限值。第1d以后呈明显下降趋势, 运行第3d的停留24h出水TOC浓度均低于1mg/L, PPR、PE、衬塑钢管60d以后趋于稳定, TOC浓度增量基本低于0.1mg/L。PVC-C运行75d以后趋于稳定, TOC浓度增量低于0.2mg/L。对TOC浓度的影响由小到大依次是PPR和PE管 (相当) 、衬塑钢管、PVC-C。这个试验结果和之前本研究对于静态浸泡实验不同管材对于TOC浓度增量0.2~0.5mg/L的数据相比较, 结果并不相符。对于第一个浸泡24h的TOC增量来说, PVC-C管和衬塑钢管的动态试验远大于静态试验的结果, 且差距显著。而PPR管和PE管虽有不同, 但是区别不大。这是因为动态试验和静态试验的区别主要是增加了管件及管材和管件的连接, 另外水质从人工浸泡液换成了自来水。PPR管和PE管是热熔连接, 管件和管材同质, 所以动态试验和静态试验差别并不显著。而PVC-C管胶粘连接引入胶, 衬塑钢管涉及到连接接口及密封圈的问题。所以从动态试验的结果可以说明2个问题:一是静态浸泡试验检测管材的合理性;另一个是PVC-C管引入的胶以及衬塑钢管的连接的确对水质有一定影响。但是所有的影响都可以通过增加浸泡和冲洗的时间加以消除。

由前面的动态试验结果可以看出, 装置运行75d以后, 每24h的出水TOC浓度增量基本趋于稳定。这时是否可以说明管材已经稳定, 停留时间的增加是否对TOC浓度有进一步影响?为此作如下试验, 试验运行75d开始, 装置不再冲水, 只是约每4h取样, 测TOC和余氯浓度, 结果如图2所示。

由图2可见, 所有管材随着停留时间的延长, TOC浓度均呈增大趋势。试验运行363h, PPR、PE、衬塑钢管、PVC-C的TOC浓度分别达到0.935mg/L、1.205 mg/L、1.204 mg/L和5.460 mg/L, 其中PVC-C管最高达到7.115mg/L。PPR、PE、衬塑钢管在停留15d左右的时间里, TOC浓度虽然都有增加, 但是最多达到1.205mg/L, 如果考虑到进水的TOC浓度在0.5mg/L左右, 增量只有0.7mg/L左右, 也就是从TOC这个指标来看, 装置运行75d以后, 尽管停留时间达到15d, 增量仍不超标。PVC-C则不同, 随停留时间增大, TOC浓度增加明显, 说明整个PVC-C管路系统还仍十分不稳定, 进一步说明了PVC-C的胶粘连接中胶析出作用的长期性不容忽视。余氯的浓度随着停留时间的延长逐渐消耗。PPR、PE、衬塑钢管、PVC-C管材出水余氯消耗殆尽的时间依次为93h、141h、44h、93h。这与水中有机物的浓度有关, 余氯参与了与水中有机物的相互作用, 也有可能与管内壁生物膜存在的量有关。

为了进一步考察长期运行后不同管材对应的管路系统的水质安全性和稳定性, 在动态试验装置运行1年后, 考察了停留24d的TOC浓度及增量变化, 结果如图3所示。

由图3可见, 本次停留时间24d, 比前述停留15d又有所延长, 各管材的TOC浓度均明显降低。其中, 浓度增量最大的PVC-C管只有0.274 5mg/L, 之后依次是衬塑钢管、PPR管和PE管。1年时间的运行不仅可以使管材的有机物析出达到稳定, 而且对于连接管件材料如胶水密封圈等也达到了基本稳定。可见, 动态试验装置运行达到1年后, 从有机物综合指标TOC来看, 各种管材均已经达到了水质的安全稳定性。

通过设计模拟实际建筑给水末端管路系统的动态试验装置, 以TOC浓度为考察指标, 对PPR、PVC-C、PE、衬塑钢管对自来水有机物的影响来分析其水质安全性, 结论如下:

(1) 每种管材的动态管路及连接系统的第一个24h停留时间出水的TOC浓度增量和静态浸泡试验结果相比较, PPR、PE管变化不大, 但是PVC-C管和衬塑钢管增加显著。动态试验运行45~75d时, 各管路停留24h出水TOC浓度达到基本稳定。

(2) 动态试验装置运行75d时, TOC浓度会随停留时间延长而增加, PVC-C管增加最为显著, 停留153h, 其TOC浓度最高超过7mg/L。装置运行1年时, 停留24d即360h时, 各种管材连接系统的出水TOC浓度增量最高的PVC-C管为0.274 5mg/L, 对水质有机物的影响甚微, 此时管材及连接均达到了稳定。

(3) 本研究设计的动态试验装置能够全面客观真实地反映该管材在使用过程的对饮用水水质的影响, 既包含管材, 又包含管件及连接方法。试验发现PVC-C管和衬塑钢管的连接方式明显影响了水质状况。因此建议对于这两种管材的连接方式进一步优化。