快速反應(yīng)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(dǎo)熱和耐化學(xué)腐蝕等問題。交聯(lián)聚乙烯（PEX）管道是一種替代方法，但對(duì)于主要的商業(yè)安裝，可用尺寸太小。高密度聚乙烯（HDPE管）是飲用水應(yīng)用的良好環(huán)境選擇嗎？

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(yōu)點(diǎn)，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(jiǎn)化安裝并減少因凍結(jié)造成的破裂。

塑料通常成本較低，并且在某些應(yīng)用中能抵抗金屬腐蝕和結(jié)垢。

由于擔(dān)心化學(xué)污染物的遷移，用于盛裝食品和水的塑料正受到高度關(guān)注。最近的許多研究和媒體都集中在內(nèi)分泌干擾的化學(xué)物質(zhì)上，比如在聚碳酸酯嬰兒奶瓶中發(fā)現(xiàn)的雙酚a，以及在乙烯基玩具和其他產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)的鄰苯二甲酸酯。

塑料管樹脂

在飲用水應(yīng)用中，塑料引起了一些爭(zhēng)議。上世紀(jì)70年代引入的聚丁烯管道材料導(dǎo)致了無法接受的泄漏問題，最終引發(fā)了一場(chǎng)大規(guī)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(huán)保組織認(rèn)為，與聚氯乙烯生產(chǎn)和管道處理相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)大于這些材料的優(yōu)勢(shì)（1）。[1]

交聯(lián)聚乙烯（PEX）自20世紀(jì)80年代開始用于輻射采暖系統(tǒng)，近年來在飲用水方面也變得很流行。PEX或PEX內(nèi)襯管在全國(guó)有廣泛的規(guī)范驗(yàn)收，但PEX需要特殊配件，且不可回收。生產(chǎn)PEX所需的化學(xué)交聯(lián)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(shí)，管道可能與地下水接觸。在加利福尼亞州法規(guī)批準(zhǔn)過程中，里德（2005年）提供了證據(jù)，證明在地下水受到石油產(chǎn)品污染的地區(qū)，汽油添加劑甲基叔丁基醚（MTBE）或殺蟲劑可能會(huì)通過PEX管道（2）滲透。他最后的環(huán)境影響報(bào)告指出，雖然化學(xué)物質(zhì)的遷移是一個(gè)問題，但隨著時(shí)間的推移，污染物的水平會(huì)迅速下降到安全水平。反對(duì)者主張對(duì)聚合物配方和化學(xué)浸出液進(jìn)行更徹底的測(cè)試（3）。

高密度聚乙烯（HDPE）管已經(jīng)在非飲用水應(yīng)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(shè)備來形成焊縫，但焊接不需要單獨(dú)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(yán)酷的現(xiàn)場(chǎng)處理。靈活性還允許在管道系統(tǒng)中轉(zhuǎn)彎，而不需要額外的接頭。

HDPE最初用于飲用水系統(tǒng)的溫度很高，不足以用于冷水系統(tǒng)。供應(yīng)商隨后開發(fā)出具有優(yōu)異強(qiáng)度和高溫性能的交聯(lián)聚乙烯（PEX）。PEX在地板輻射采暖應(yīng)用中很常見，在家用冷熱水系統(tǒng)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(duì)于更大的商業(yè)安裝來說，可用的管道尺寸太小了。HDPE和PEX都是聚乙烯（PE），但由于它們的性質(zhì)不同，應(yīng)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(qiáng)度由另一個(gè)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(yōu)勢(shì)。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(jīng)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(xué)品是否會(huì)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(xué)物質(zhì)殘留。這些可能包括一種或多種有助于聚合反應(yīng)的催化劑，以及微量未反應(yīng)的原料。在形成最終產(chǎn)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(wěn)定劑、紫外線阻滯劑、增塑劑、抗氧化劑、著色劑等，以增強(qiáng)加工和性能特性（4）。生產(chǎn)管道的公司可能不會(huì)披露這些添加劑，因此必須評(píng)估與飲用水、食品或飲料接觸的任何材料的化學(xué)遷移風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)發(fā)生化學(xué)污染時(shí)，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(shí)，可能會(huì)在管道內(nèi)留下一些灰塵或顆粒，但大多數(shù)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(dú)立研究報(bào)告的注釋，這些研究報(bào)告涉及HDPE樹脂和HDPE管道以及飲用水應(yīng)用中的化學(xué)遷移、細(xì)菌生長(zhǎng)或滲透。

起初，對(duì)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(xué)危害（5）。在處理這些感官特征時(shí)，Skjevrak于2003年進(jìn)行的一項(xiàng)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(guān)的氣味高于美國(guó)環(huán)保局非強(qiáng)制性質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可接受水平（6）。

Skjevrak發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)物。雖然這些污染物沒有顯著的毒性，但還發(fā)現(xiàn)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(xiàn)了類似的芳香烴污染物，但含量?jī)H為十億分之一，遠(yuǎn)低于美國(guó)環(huán)保局為安全飲用水設(shè)定的最高污染物水平（7）。

Monique Durand（8；9）在2005-6年的研究中回顧了大量關(guān)于HDPE向水中遷移的研究。杜蘭德說，被認(rèn)為有助于味覺和氣味的化學(xué)物質(zhì)“源于1）改變或降解產(chǎn)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(chǎn)生；2）化合物是由純酚類添加劑合成而成的副產(chǎn)品或雜質(zhì)。氯化水和高溫似乎加速了浸出。隨著時(shí)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(xué)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(jié)合并減少抗氧化劑添加劑中雜質(zhì)的方法。

杜蘭德認(rèn)為，在普通塑料中，HDPE比PEX或CPVC塑料材料產(chǎn)生的氣味更強(qiáng)烈。CPVC和銅是最不易產(chǎn)生異味的物質(zhì)。杜蘭德還報(bào)告說，有機(jī)浸出物在CPVC和HDPE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(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)。

除了浸出過程中產(chǎn)生的污染外，化學(xué)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(jìn)入飲用水（3）。在大多數(shù)情況下，滲透問題涉及塑料材料和工業(yè)區(qū)（例如加油站附近）柴油或石油產(chǎn)品污染的土壤。在土壤可能受到有機(jī)液體污染的地方，應(yīng)避免使用塑料（10）。

根據(jù)Yang等人2011年對(duì)許多不同塑料樹脂和產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室提取的研究，大多數(shù)塑料樹脂顯示出可檢測(cè)到的雌激素活性（EA）化合物（11）。本試驗(yàn)不在塑料管上進(jìn)行，而是在HDPE產(chǎn)品上進(jìn)行。該測(cè)試表明，EA化合物存在于大多數(shù)塑料中，包括HDPE，但與實(shí)驗(yàn)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(yīng)用）期間會(huì)發(fā)生遷移。

由普渡大學(xué)的惠頓集團(tuán)和其他機(jī)構(gòu)主持的國(guó)家科學(xué)基金項(xiàng)目的第一階段的研究人員正在進(jìn)行PEX、HDPE和其他管道的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。2014年，在馬薩諸塞州波士頓舉行的美國(guó)水廠協(xié)會(huì)年會(huì)上，發(fā)表了包括HDPE化學(xué)浸出和細(xì)菌生長(zhǎng)潛力在內(nèi)的研究結(jié)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(xué)污染進(jìn)行過研究。此時(shí)，在網(wǎng)上找不到惠頓集團(tuán)的研究論文。訪問惠頓集團(tuán)網(wǎng)站（12）了解更多背景和聯(lián)系信息。

為塑料管道研究所HDPE市政咨詢委員會(huì)編制的2012年評(píng)估報(bào)告提出了一種計(jì)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(duì)1英寸壁厚HDPE管的幾次實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。該報(bào)告試圖開發(fā)一種方法來預(yù)測(cè)管道周圍的污染土壤中的BTEX水平，這些土壤可能會(huì)滲透HDPE管道并可能污染供水系統(tǒng)。一個(gè)結(jié)論可能對(duì)設(shè)計(jì)水管材料系統(tǒng)的工程師感興趣。研究人員推測(cè)，HDPE管道中的水流可以顯著降低BTEX污染，達(dá)到安全飲用水平。報(bào)告指出：“實(shí)例計(jì)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(jiān)管限制”（13）。

雖然已經(jīng)對(duì)HDPE管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究，但Stern和Lagos的評(píng)論指出了塑料水管風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的復(fù)雜性（14）。從任何給定管道中遷移的化學(xué)物質(zhì)不僅取決于化學(xué)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(shí)間的推移，塑料配方因供應(yīng)商而異。遷移可能會(huì)隨著水質(zhì)和使用環(huán)境的變化而變化。人們對(duì)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(duì)易受傷害的人群。考慮到這種動(dòng)態(tài)條件，確保安全是一個(gè)挑戰(zhàn)。

監(jiān)管和第三方認(rèn)證的作用

根據(jù)《安全飲用水法案》，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（USEPA）制定了飲用水分配系統(tǒng)中污染物水平的規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)進(jìn)入配水系統(tǒng)的水質(zhì)，而不涉及下游污染（如建筑管道）引起的水質(zhì)變化。飲用水標(biāo)準(zhǔn)包括一長(zhǎng)串的污染物清單以及它們對(duì)飲用水的最大允許水平（最大污染物水平，MCL）。

建筑水系統(tǒng)部件主要由當(dāng)?shù)匾?guī)范管理。許多規(guī)范機(jī)構(gòu)依賴第三方認(rèn)證，尤其是ANSI/NSF標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)證。這些標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛認(rèn)可，至少有36個(gè)州采用了這些標(biāo)準(zhǔn)作為住宅管道的要求。統(tǒng)一管道規(guī)范要求飲用水用塑料材料符合ANSI/NSF14和61（15）。

認(rèn)證提供了基本的化學(xué)遷移保護(hù)。為了獲得NSF 61的批準(zhǔn)，管道材料與各種測(cè)試水樣接觸（通常是三周的暴露），包括具有典型消毒后化學(xué)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(cè)試接觸水是否存在300多種化學(xué)物質(zhì)，并與“安全”水平進(jìn)行比較。[4]不幸的是，監(jiān)測(cè)到的污染物清單并不廣泛，因此購(gòu)買者只有一個(gè)是/否認(rèn)證結(jié)果，幾乎沒有其他信息可以消除他們的顧慮。

NSF認(rèn)證并不是所有人都接受的充分保護(hù)。在加利福尼亞州，一場(chǎng)曠日持久的爭(zhēng)論發(fā)生在州政府是否應(yīng)該在州建筑規(guī)范中批準(zhǔn)PEX管材。反對(duì)者認(rèn)為，NSF61認(rèn)證過程沒有完全解決化學(xué)遷移問題（17）。

歐洲各國(guó)政府和安全機(jī)構(gòu)有一套管理水質(zhì)的法規(guī)。其中大多數(shù)涉及化學(xué)遷移問題，需要某種類型的認(rèn)證測(cè)試。根據(jù)制造商的宣傳材料，一些標(biāo)準(zhǔn)和高溫高密度聚乙烯配方已被批準(zhǔn)用于整個(gè)歐洲的飲用水應(yīng)用（18）。