防止有害金属从水泥砂浆衬里中渗出

天津自来水集团有限公司科技情报站
冯新译 刘万福

　　经实验室研究，对有害金属从饮用水管线水泥砂浆衬里中渗出做了检测。将已知水质情况的自来水放入要测试管线中，在静止、有压力的条件下保持一段时间，并在测试阶段不断从这条管线中取水样，检测其中的金属和其它水质参数。前14天中，被测的3条管线中有2条管线的水泥砂浆衬里中明显渗出了钡，镉和铬。重新注满水后，测得钡和铬继续渗出。因此，作者建议给水公司要有选择地挑选水泥做为管道村里材料。
　　越来越多的水泥窑使用有害的废物衍生燃料(简称HWF)做为主要的或可替换的能源。目前，美国大于20％的水泥窑还在按常规燃烧有害的废物。有些HWF不仅含有应该控制的有机化合物，还含有应控制的有害金属。与煤相比，产生相同的热能，HWF含有的钡比煤多30倍，含有的铬比煤多11倍，含有的铅比煤多28倍。
HWF中的金属没有被破坏，最后存在于水泥窑的排放物，窑灰或烧结块中。将烧结块和石膏磨碎后制成水泥其具有多种用途。

　　水泥砂浆是水泥、砂和水按照一定比例配制的混合物，广泛应用于新的饮用水管道内涂衬。当含有金属的水泥用于饮水管道涂衬时，应受到控制的金属会从水泥砂浆衬里中渗出。
　　在本研究之前，应受到控制的金属从饮用水管道水泥砂浆树里中渗出的数量还没有确定。人们缺乏对水泥砂浆衬里中重金属致命危害的了解，因此促使我们对有害金属的沥滤过程做了实验室研究。

一、材料、实验步骤及分析方法

　　1、实验装置
　　使用未涂衬的管线，其特性列在表1中。
　　实验室测试所需装置由图l表示。

　　 用X光荧光含量(XRF)，酸性可溶物含量(ASC) 及毒理学参数测试三条管段水泥衬中有害金属的渗出情况表2
　　 2、用于衬里水泥的毒物渗出参数
　　 研究人员从11家燃烧HWF的水泥窑收集了16袋水泥。其中的3袋水泥用于3条测试管道的涂衬。表2列出了这3袋水泥涂衬后有毒物质渗出情况。
　　 3、水泥砂浆涂树方法
　　 待测试的管道由专业涂衬公司完成管道涂衬，执行美国的有关标准。表3列出了测试管道水泥砂浆衬里的特性。

　　操作步骤：
　　完成涂衬的测试管道需进行消毒，消毒使用的是普通的漂白剂，投加的漂白剂剂量为12ml，使水中氯浓度达到25mg/L，并将管道水静止24小时。测得第1，2，3管道水中的氯浓度分别为10.2，18，18mg／L。该剩余氯浓度均大于10mg／L，符合美国标准。
　　经过2小时氯消毒后，用自来水连续冲洗第1管道，使其氯浓度降到2.0mg／L，将第2条管道的水排出，重新注满水，使水中氯浓度为1.2mg／L，第3条管道水的氯浓度比第2条更低。用泵给水加压到483KPa，并静滞一段时间。表4列出了3条测试管道的运行情况。

二、结果

　　1、测试的管道第1次注水后金属浓度和其它水质参数的变化
　　图2表示出了第1次注水后测试管道随时间变化的金属浓度。测试管道的水样进行空白校正。经空白校正的水样只代表水泥砂浆衬里中金属所起的作用。

　　表5列出了第1次注水后有害金属渗出的最大净浓度。为作比较，表5同时列出了美国环保局目前使用的相应的饮用水标准。

　　图3表示出水样在测定的时间内pH，总硬度，钙硬度，碱度，导电率，饱和指数的变化。
　　第1条管道，如图2所示，随着时间变化，金属浓度逐渐地增大和减少。如图3所示，与水泥砂浆衬里仅接触3小时后，管道水的pH从7.43增加到11.43，经过静滞14天后，pH为12.11。所有水样都显示出高的正饱和指数。静滞3天后，总氯浓度从2.0降到0.15mg/L，测试后拆开试验装置，发现衬里光滑，结构完整。
　　第2条管道，如图2所示，除铍以外，随着时间变化，金属浓度逐渐增大和减少。第1次注入水后，发现管道水的硬度，导电率和碱度逐渐增加(图3)。第1天，pH从7.03很快升高到11.57。在以后静滞的3天中，总氯浓度从1.18降到O.07mg／L。水被排掉，又注入新的自来水，收集排掉水的最后一部分检测金属浓度，其结果列在表6中。

　　第3条管道，如图2所示，所有测试的金 属浓度随时间的变化逐渐地增大和减小。第1次注水后，与衬里接触1天后，管道水的pH很快从6.91升到11.13。水被放掉，注入新的自来水。收集排掉水的最后一部分检测 金属浓度，其中砷、钡、镉、铬、铅、镍的浓度(表6)比混合管道水的浓度高得多(见表5，图2)。
　　2、加氯消毒结束时管道水金属浓度的变 化
　　第1次注水之前24小时给测试管道加 氯。加氯结束时，取水样分析金属浓度(表6)。所有测试管道加氯后水中铬浓度比第1 次注水的浓度高。
　　3、加入自来水后金属浓度的变化
　　第1次加水后，第2、3条管道重新加龙 头水。第2条管道加水18次，第3条管道加水1次(表4)。从第2条管道的第6次，第10 次，第18次加水后取样分析金属浓度。表6 表示出第三个水样的最大净浓度。第2条管道初始自来水中发现砷、钡、锦铬、硒、铊有少 量的增长。加水18次后钡的最大净浓度为14.46μg/L，铬的最大净浓度为2.45μg／L。 发现第3条管道砷、钡、铍、铬浓度有所增长。 加水结束时，钡的净浓度为29.83μg/L，铬为3.49μg／L。
　　4、加入软水后金属浓度的变化
　　重新加入龙头水后，给第2、3条管道加 入软水。第2条管道加3次，第3条管道加1次(表4)。从第2条管道第1次加软水中取2 次水样，分析金属浓度。第3条管道取4次水 样。表6表示了这些水样的最大净浓度。第2条管道发现砷、钡、铅、硒略有增长。同时第3条管道也发现砷、钡、铬、铅、镍，铊有所增 加(表6)。
　　 5、测量的金属浓度与目前饮水标准比较第1次14—18天水静滞过程中，3条测试管道中的2条管道钡、镉、铬浓度有显著的 增加。这三种金属的增加量比相应的饮用水标准多20％。同时发现相同条件下砷的浓度也有增长，但不明显，比饮用水标准多3％。

　　结论

　　此项研究是在实验室静态条件下，将三段管道涂衬，测试从衬里渗出的金属数量。渗出的有害金属有砷、钡、铍、镉、铬、铅、镍、硒、铊等九种。为了监控金属渗出的环境，测试期间同时给其它水质参数也进行了定量，这些水质参数包括pH，温度，总硬度，钙硬度，碱度，导电率，CaCO3饱和指数以及氯含量。
　　在第1次14天的水样静滞期间，3条测试管道中的2条管道水泥砂浆衬里渗出了数量较多的钡、锅、铬。在第1次水静滞5天期间，管道中钡浓度的含量超过了最初龙头水的含量，比目前饮用水标准(5μg/L)多22％。在第1次的水静滞3天期间，铬浓度快速增长，比目前饮用水标准(100μg／L)多19％。在第1次的水静滞14天期间，钡浓度逐渐增长，比目前饮用水标准(2000μg／L)多18％。金属浓度的增加量不包括管道最后排放水中的数量。若考虑到这最后排放水中的金属含量，则金属浓度的增加量要比测得的结果还要大。
　　第1次给管道加水，以及后来加龙头水和软水，PH，硬度和导电率都增加得很快。即使第18次加龙头水和3次软水后，CaCO3饱和指数仍保持很高的正值。
　　用于测试管道涂衬的水泥比商业用的水泥金属含量少。低流量配水系统以及死水端使用有的商业水泥可能金属浓度更大，在几乎静止渗漏状态下如在低流量配水系统或管网死端可能会发现这种状况。由水泥而导致渗出高的金属浓度不容易出现在大流量的配水系统，因为大的流量会将渗出的金属浓度稀释。
　　作者建议给水公司应慎重选择用于饮用水管道涂衬的水泥。今后应制定有关政策，指导水公司做好水泥的选择。