塑料供水管系统的设计与环境.doc

塑料供水管系统的设计与环境
王建民* 史贞
(齐鲁石化公司树脂研究所 淄博255400)
摘要 从环境科学的角度讨论了塑料管材供水系统,对在供水系统中使用交联高密度聚乙烯管材及铝塑复合管材提出异议。
关键词 塑料 供水管 环境
System Design of Plastic Pipes for Water Supply and Environment
Abstract Plastic pipes for water supply was discussed from the point of environmental science, and the objection of the HDPE-X pipes and Plastics-Aluminum-Plastics pipes used in water supply was raised.
1 前言
1998年以来,各地在贯彻落实《国家化学建材推广应用“九五”计划和2010年发展规划纲要》及《关于加速推广应用化学建材和限制、淘汰落后产品的规定》的工作中,结合本地区的实际情况,积极推广各种塑料管及塑料复合管以替代影响居民饮用水质量的镀锌给水钢管,取得了长足的进展。许多文章也都从不同的角度对塑料管及塑料复合管进行了分析。但笔者认为,在引入一种新的供水系统时,也应从“系统与环境”的角度加以分析。

2 环境对塑料工业的基本要求
人类的加工活动 多次利用
自然环境 受人类影响后的环境
图1 人类对自然资源的利用
图1给出的过程可以包括迄今为止人类对自然的所有索取过程。例如人类对动植物资源、矿石资源、石油及天然气资源的利用等。从现有的情况看,人类的活动除了加速了自然资源的消耗外, 许多活动(主要是工业活动)还改变了人类赖以生存的地球生态环境并造成了不可逆转的影响。这就对现代工业提出了新的要求:重视“系统与环境”的关系。
新兴的工业项目,在产品的设计阶段就必须考虑最大限度地利用地球上的现有资源,使原始资源在被人类利用的过程中, 尽可能被多次使用, 尽可能延长每一个使用阶段的使用周期, 尽可能延缓从地球的原始资源到被人类最终遗弃返还自然的过程, 并且尽可能使这种“遗弃”、“返还”对自然界的生态平衡影响减少到最低水平。在国际聚合物加工学会第14界年会(PPS-14)上,日本Toyota汽车公司的A.Morita在大会报告上提出:“在聚合物设计阶段就应考虑使用后的回收利用问题”,即“为回收利用而设计”, 尽可能的研制使用易于回收利用的材料。天然的或有机合成的高分子材料与无机及金属材料不同, 它具有双重使用价值, 既可以作为工业材料又可以作为燃料, 因此塑料的回收应从这两个领域考虑。
从“系统与环境”考虑, 可以将人类对塑料的开发利用过程, 进一步设计为图2所示的过程。从图2可见, 塑料制品从产生到最终被废弃, 可以被多次多级利用。首先,在产品设计时应尽可能地考虑如何增加制品的使用寿命以及一级再利用的可能性。例如某些容器的反复使用;其次应考虑作为制品的原材料树脂的再生利用,而且再生利用的次数越多越好。当然,二级利用的过程不一定是同一层次的重复使用,可能伴随材料性能的下降而“降挡”使用;第三,由于反复使用的结果, 树脂的物性终究会老化变质, 直到最终不能作为材料使用时, 可以在分拣后进行裂解,转变成单体或其他化学品进入第三级再利用阶段。
当产品进入废弃阶段时, 随用随弃方式已造成自然界的白色污染而引起人们的严重关注;简单的焚烧处理虽然可以减少白色污染, 但焚烧所产生的大气污染及能量的浪费也被视为应被废止的遗弃手段;掩埋实质上可能是一种污染延缓及转移。相当多的塑料由于极高的分子量以及其良好的化学稳定性, 实质上长时间内很难分解。因此, 一方面由于将继续污染环境,另一方面由于其密度低体积大, 掩埋时要占有大块的土地, 造成掩埋成本的增加而逐渐被人们淘汰。
目前,塑料的回收利用形势不容乐观。据APME1993年对西欧的统计, 全年共消耗塑料2240万吨, 产生1620万吨废物, 共回收330万吨,回收率21%, 在这21%的比例中, 15%作为能量回收, 6%作为再生利用, 0%裂解循环使用,可见水平之低。为保护环境,充分利用资源,《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》已于1996年开始实施, 其遵循的主要原则是:“对固体废物污染防治实行减量化、资源化和无害化, 使固体废物不产生、少产生, 产生的固体废物, 在生产过程中尽可能地回收、循环再利用或作为另一种生产原料;通过各种处理、处置方式使暂时不能利用的固体废物完全没有污染的进入环境……”。因此,塑料供水管系统的选择应充分考虑将来的回收及利用。
多次多级应用阶段
废弃阶段
图2 从“系统与环境”考虑人类对塑料的开发
3 对可用于塑料供水管系统的分析
目前在供水系统中可以考虑的塑料管材及塑料复合管材主要有硬聚氯乙烯管(PVC-U管)、高密度聚乙烯管(HDPE管)、交联高密度聚乙烯管(HDPE-X管)、铝塑复合管、聚丙烯管(PP管)、骨架增强塑料管等, 以下分别对这些管材加以分析。
3.1 PVC-U管
PVC-U管作为上水管具有很好的优势, 它以优良的机械性能及化学稳定性可作为供排水塑料管系统的首选材料。在一些发达国家PVC-U管材的消费已占塑料管材市场的80%。而PVC-U管材的消费结构如表1所示。从表1可见,PVC-U供水管占有很高的比例。从 “系统与环境”考虑, 对PVC-U管材来说,氯乙烯单体(VCM)的毒害,一直是人们关注的问题。目前国内外均有“卫生级”PVC供应, 它的基本要求是要求VCM的含量小于某一定量, 满足此要求的PVC树脂应可用来加工供水管。加工成管材后, 其VCM含量更会大大下降(按照GB/T10002.1-1996 “供水用硬聚氯乙烯管材”规定, 管材中VCM含量应不大于1.0mg/kg)。因此只要选择VCM含量低, 达到“卫生级”的树脂, 便可不必考虑VCM对水质的污染。
对PVC管材的助剂体系应慎重选择, 含铅的稳定体系不仅在上水管应坚决禁用(因其可对饮用水造成污染), 即使在排水管也应杜绝使用。主要原因是在管材的加工、回收再利用以及最终废弃过程, 无论是重新裂解还是作为能量再利用的焚烧过程,“铅”污染仍旧是严重的。尽管含铅的助剂具有无与伦比的热稳定效果及最低的成本, 但是考虑从管材的加工到最终被废弃的整个过程, 含“铅”助剂应被禁用。某些有机锡稳定剂也存在质疑。许多加工厂家为改善加工性能, 喜欢在配方中加入少量增塑剂。这种“习惯”应予以纠正。目前市售的PVC树脂, 无论是进口的还是国产的, 只要你选应该使用的牌号, 其加工性能绝大多数是十分优良的。若辅以某些加工助剂(例如丙烯酸酯类), 完全可以加工出外观、性能均十分优秀的管材。少量的增塑剂存在, 由于可能存在的“反增塑”效应, 将会大大降低管材的使用寿命, 也会给树脂的回收以及以后的重复使用带来问题。
由于PVC树脂耐温性不佳,所以PVC管材不能做热水管, 这是PVC管材作为供水管的缺陷。
表1 国外PVC-U管材的消费结构
消费结构
供水管
下水管
排污管
灌溉管
煤气管
其它
比例 %
33
22.3
15.7
5.2
0.8
23
3.2 HDPE管材
在塑料管材领域, PE管材是继PVC管材之后的另一大类。HDPE以其优良的机械性能获得广泛的应用。其