水嘴的鉛析出問題探討

黃文佳

（南安市質(zhì)量計(jì)量檢測所，福建 南安 362300）

水嘴的鉛析出問題探討

黃文佳

（南安市質(zhì)量計(jì)量檢測所，福建 南安 362300）

近年來，水嘴的鉛析出問題受到公眾的廣泛關(guān)注，引發(fā)人們對水龍頭用水安全的恐慌，同時也引起各相關(guān)政府部門的重視。2014年，《陶瓷片密封水嘴》標(biāo)準(zhǔn)完成修訂并發(fā)布實(shí)施，其中一項(xiàng)重要的變化就是增加水嘴中金屬（包括鉛）污染物析出的限量指標(biāo)，及對其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行規(guī)范。為探究影響水嘴中鉛析出量的因素，給進(jìn)一步改進(jìn)水嘴質(zhì)量提供參考，文中分析了水嘴中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鉛析出量的關(guān)系，并闡述了水嘴鑄造工藝對鉛析出量的影響。

水嘴；鉛析出量；鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)；水嘴鑄造工藝

1 前言

水嘴作為廚衛(wèi)的主要產(chǎn)品之一，與人們的日常生活息息相關(guān)：日常飲用、煮飯甚至刷牙都要接觸到水嘴。2013年7月14日上海電視臺在《七分之一》節(jié)目中，公布了上海電視臺與華東理工大學(xué)某實(shí)驗(yàn)室合作對13個水嘴樣品鉛析出的檢測結(jié)果。結(jié)果不容樂觀，其中多家中外知名品牌的產(chǎn)品，鉛析出超標(biāo)量多達(dá)十幾倍甚至幾十倍。隨后水嘴鉛析出超標(biāo)問題迅速發(fā)酵，各大媒體都爭相轉(zhuǎn)載、追蹤報(bào)道。小小的水龍頭，成為了人們聚焦的中心。

事實(shí)上，水嘴鉛析出指標(biāo)不達(dá)標(biāo)并不少見，在近年來的水嘴監(jiān)督抽查中，它是導(dǎo)致水嘴質(zhì)量不合格的一個重要因素。如近三年上海市水嘴產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查結(jié)果分別為：2012年抽查水嘴74批次,不合格26批次，其中5批次浸泡水鉛析出量超標(biāo)，占不合格批次的19.23%；2013年抽查水嘴68批次，不合格21批次，其中6批次浸泡水鉛析出量超標(biāo)，占不合格批次的28.57%；2014年抽查水嘴62批次，不合格23批次，其中7批次浸泡水鉛析出量超標(biāo)，占不合格批次的30.43%。可見鉛析出量屬于容易超標(biāo)的項(xiàng)目，是影響水嘴質(zhì)量達(dá)標(biāo)的一個重要因素。

對鉛析出量進(jìn)行把關(guān)是因?yàn)殂U是嚴(yán)重危害人類健康的重金屬元素，它主要的靶器官是神經(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)，可影響神經(jīng)、造血、消化、肝、腎及心血管系統(tǒng)[1]。鉛通過腸道和呼吸道吸收入人體后，隨血流分布到全身各器官和組織，血液中的鉛部分通過腎臟由尿液排出體外，部分從大便排出，其余儲存在骨骼里。人體內(nèi)的鉛95%以上都以不易溶解鹽的形式沉積在骨骼中，骨骼中的鉛的半衰期約為20～30年。有研究表明：骨鉛可溶解到血液，再分布到其他組織、臟器產(chǎn)生毒作用。骨鉛對骨細(xì)胞的功能也有直接或間接影響，如在骨骼發(fā)育期造成骨骼畸形、骨骼和乳齒發(fā)育不良等[2]。

人體正常血鉛低于100μg/L，當(dāng)血鉛為100～200μg/L為輕度鉛中毒，超過200μg/L為重度鉛中毒。血液中的鉛主要與紅血球內(nèi)的血紅蛋白緊密結(jié)合進(jìn)行運(yùn)輸，血液中鉛的半衰期約為3～5周，平均大約為1個月。入侵體內(nèi)的鉛會隨著血液循環(huán)，損傷小腦和大腦皮質(zhì)細(xì)胞，干擾代謝活動，造成貧血、腦水腫、間質(zhì)性腎炎及肝腫大等癥狀。新生嬰兒可由臍血接觸母親的血鉛，血鉛會對新生嬰兒早期神經(jīng)行為發(fā)育產(chǎn)生不良影響[3]。由于未發(fā)育成熟的胎兒腦內(nèi)皮細(xì)胞不能阻止鉛進(jìn)入人腦組織，兒童神經(jīng)系統(tǒng)對于鉛極為敏感。兒童長期接觸低濃度鉛，會導(dǎo)致行為功能的改變，常見的有模擬學(xué)習(xí)困難、空間綜合能力下降、運(yùn)動失調(diào)、多動、易沖動、注意力不集中、侵襲性增強(qiáng)和智商下降等[4]。

因此水嘴質(zhì)量尤其是鉛析出量關(guān)乎全國民眾的日常生活健康。人們對食品、日常生活衛(wèi)生安全問題的日益關(guān)注，給水嘴市場的發(fā)展帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了順應(yīng)水嘴行業(yè)的發(fā)展和市場需要的變化，進(jìn)一步規(guī)范我國水嘴產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，質(zhì)檢總局和標(biāo)準(zhǔn)化委員會聯(lián)合發(fā)布《陶瓷片密封水嘴》（GB18145—2014）[5]（以下簡稱“2014版國標(biāo)”），并于2014年12月1日起正式實(shí)施，屆時《陶瓷片密封水嘴》（GB18145—2003）[6]（以下簡稱“2003版國標(biāo)”）宣告作廢。

2 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于水嘴鉛析出的相關(guān)規(guī)定

2014年12月1日，陶瓷片密封水嘴國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18145—2014正式實(shí)施，其中一項(xiàng)重要變化是水嘴中金屬污染物析出的限量指標(biāo)性質(zhì)由行業(yè)推薦更改為國家強(qiáng)制。由于2003版國標(biāo)中未強(qiáng)制執(zhí)行水嘴的鉛含量及其析出量限量指標(biāo)，所以國內(nèi)多數(shù)水嘴生產(chǎn)企業(yè)未將鉛析出量作為品質(zhì)評判標(biāo)準(zhǔn)，并針對該項(xiàng)目做出廠把關(guān)檢驗(yàn)，因此市場上銷售的水嘴質(zhì)量參差不齊，鉛析出量超標(biāo)率高，嚴(yán)重危及人體尤其是嬰幼兒健康。2014版國標(biāo)對金屬污染物析出量指標(biāo)的強(qiáng)制性規(guī)定有利于促進(jìn)企業(yè)把好水嘴的出廠質(zhì)量關(guān)，規(guī)范水嘴市場，降低危害人體健康隱患。

2014版國標(biāo)在7.4條款中洗面器及廚房水嘴的金屬污染物析出值規(guī)定：鉛析出統(tǒng)計(jì)值（Q）不大于5μg/L。同時在附錄B對水嘴中金屬污染物析出檢測方法進(jìn)行規(guī)范。該方法主要參照美國國家衛(wèi)生基金會（NSF）編寫的標(biāo)準(zhǔn)NSF/ANSI 61[7]進(jìn)行少量修改。2003版國標(biāo)的檢驗(yàn)方法是推薦參照GB/T 17219—1998執(zhí)行。2014版國標(biāo)與2003版國標(biāo)鉛析出檢測方法對比如表1：

表1 2014版國標(biāo)與2003版國標(biāo)鉛析出檢測方法對比

與2003版國標(biāo)相比，2014版國標(biāo)在前處理明顯更加細(xì)致，能夠更好地清理水嘴內(nèi)表面雜質(zhì)和油脂，以保證檢測的真實(shí)性。最后的檢測結(jié)果采用對9個數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方式相較于2003版國標(biāo)更加科學(xué)，降低了數(shù)據(jù)的測量誤差。

2014版國標(biāo)中對鉛析出統(tǒng)計(jì)值（Q）的計(jì)算公式主要分兩步，第一步是對實(shí)驗(yàn)室濃度標(biāo)準(zhǔn)化。

式中：

X ——標(biāo)準(zhǔn)化濃度，單位為微克每升（μg/L）；

C ——實(shí)驗(yàn)室測試水樣中金屬污染物的濃度，單位為微克每升（μg/L）；

VL——試驗(yàn)用浸泡液的體積，單位為升（L）；

VL1——標(biāo)準(zhǔn)化體積，單位為升（L），此處規(guī)定為1L；

CMV——冷水調(diào)節(jié)因子（樣品排除只接觸熱水的內(nèi)腔體積與樣品整個內(nèi)腔體積的比值）。

第二步是計(jì)算鉛析出統(tǒng)計(jì)值（Q）。

計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化濃度自然對數(shù)值：

計(jì)算單個樣品的標(biāo)準(zhǔn)化濃度自然對數(shù)值平均值：

公式：

計(jì)算3個樣品的平均值:

計(jì)算樣品標(biāo)準(zhǔn)化濃度自然對數(shù)值平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差s：

鉛析出統(tǒng)計(jì)值：

公式：

式中：

K1——確定鉛析出統(tǒng)計(jì)值（Q）的常數(shù)值，為2.60281；

i ——為樣品（1,2,3）；

j——為實(shí)驗(yàn)日期（3,4,5,10,11,12,17,18,19）；

3 影響水嘴鉛析出量的因素

目前企業(yè)生產(chǎn)水嘴所采用的材料主要是銅合金，少部分使用鋅合金（2014版國標(biāo)已明確規(guī)定了水嘴產(chǎn)品與水接觸的部件不得使用鋅合金等易腐蝕性材料）、不銹鋼、塑料。企業(yè)所使用的銅合金一般是黃銅，主要成分是銅和鋅。在黃銅中加入少量鉛能夠提高高溫下黃銅的塑性，方便黃銅的機(jī)械加工。完全不加入鉛的銅合金在水嘴的制作中會出現(xiàn)切削困難、鍛造性差等問題，且制成的成品抗應(yīng)力和耐腐蝕性能都比較差、容易開裂。

目前，水嘴企業(yè)常用的銅合金材料有：鑄 造 銅 合 金ZCuZn40Pb2（Cu58.0～60.0、Pb0.5～2.5）和ZCuZn33Pb2（Cu57.0～61.0、Pb1.0～3.0）[9]、加工銅HPb59-3（Cu 57.5～59.5、Pb2.0～ 3.0） 和 HPb59-1（Cu57.0～ 61.0、Pb0.8～1.9）[10]。有些企業(yè)為了追求利潤，采購低等級的銅合金，甚至選用回收銅，造成水嘴殼體成分復(fù)雜，鉛含量提高。實(shí)驗(yàn)中水嘴在浸泡液中析出的鉛正是來自銅合金中的鉛。銅合金中鉛含量的高低是否與鉛析出量多少有關(guān)系，是文中要進(jìn)一步探討的問題。

3.1 鉛析出量與鉛含量的相關(guān)性分析

鉛析出統(tǒng)計(jì)值（Q）是由標(biāo)準(zhǔn)化濃度X進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理后得出的統(tǒng)計(jì)值。由公式（1），影響標(biāo)準(zhǔn)化濃度X主要有實(shí)驗(yàn)室測試水樣中金屬污染物濃度c（μg/L）、試驗(yàn)用浸泡液的體積VL（L）、CMV冷水調(diào)節(jié)因子。根據(jù)公式，標(biāo)準(zhǔn)化濃度X與這三個因素分別成線性正相關(guān)，隨著這三個因素的增大而增大。其中試驗(yàn)用浸泡液的體積VL（L）、CMV冷水調(diào)節(jié)因子是由產(chǎn)品內(nèi)腔結(jié)構(gòu)決定。實(shí)驗(yàn)室測試水樣中金屬污染物的濃度c的鉛來源于水嘴中的銅合金。為了研究水嘴銅合金的鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鉛析出量之間聯(lián)系，文中主要以鑄造銅件和加工銅件水嘴為例，對兩個變量進(jìn)行回歸分析。

表2 鑄造銅件水嘴中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)及鉛析出量檢驗(yàn)結(jié)果[11]

表3 加工銅件水嘴中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)及鉛析出量檢驗(yàn)結(jié)果[11]

首先把每一對（xi，yi）看成直角坐標(biāo)系中的一個點(diǎn)，在圖中標(biāo)出n個點(diǎn)。

圖1 鑄造銅件水嘴中鉛析出量與鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)散點(diǎn)圖

圖2 加工銅件水嘴中鉛析出量與鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)散點(diǎn)圖

從圖1可以看出兩個變量確實(shí)存在某種關(guān)系：當(dāng)鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時，鉛析出量也呈現(xiàn)上升趨勢。圖2中兩個變量間關(guān)系不明顯需要進(jìn)一步的分析。分別計(jì)算兩類水嘴銅合金中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鉛析出量的相關(guān)系數(shù)r（相關(guān)系數(shù)用以表示兩個變量線性關(guān)系的密切程度）。

其中：

套用公式分別計(jì)算表3和表4數(shù)據(jù)得

相關(guān)系數(shù)r的絕對值越大線性相關(guān)越強(qiáng)。當(dāng)r＞0時，稱兩個變量正相關(guān)，這時x值增加時，y值也有增大的趨勢。反正r＜0時，則稱為負(fù)相關(guān)。計(jì)算得出的相關(guān)系數(shù)是根據(jù)樣本得出，即使實(shí)際上兩個變量不相關(guān)，但是求出的相關(guān)系數(shù)不見得恰好等于0，因此必須對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

如果記它們真正的相關(guān)系數(shù)為ρ，在x時一般變量，y服從等方差正態(tài)分布的假定下，對如下假設(shè)H0:ρ=0，H1:ρ≠0，其拒絕域：

在顯著水平ɑ=0.05時r0.975（26）=0.374，r0.975（9）=0.602。r1=0.7095，|r1|＞0.374相關(guān)性顯著。由此可知鑄造銅件水嘴中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鉛析出量具有正線性相關(guān)，鑄造銅件水嘴鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其鉛析出量也會升高。其一元線性回歸方程為y=0.0473x-0.0065，r2=0.2503，|r2|＜0.602說明加工銅件水嘴中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)及鉛析出量不具有線性相關(guān)性。

3.2 鑄造工藝對鉛析出量的影響

除了水嘴所使用的銅合金鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鉛析出量有影響外，水嘴制造流程中鑄造工藝對鉛析出量同樣有影響。水嘴殼體鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，壁厚不均勻，存在一些凸臺、交叉及厚壁的局部結(jié)構(gòu)[12]。目前水嘴殼體鑄造工藝主要有砂型鑄造和金屬型鑄造，與砂型鑄造相比，金屬型鑄造有以下幾個優(yōu)勢：所生產(chǎn)出來的鑄件，其機(jī)械性能比砂型鑄件高；鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定；鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少。目前大部分企業(yè)都采用金屬型鑄造工藝生產(chǎn)水嘴殼體。

水嘴鑄造成型時溫度為一千多攝氏度，鉛的熔點(diǎn)為327.5℃，在銅液澆入金屬型腔鑄件凝固時，低熔點(diǎn)成分和易熔雜質(zhì)的分布從外部到中心逐漸增多。由于鉛熔點(diǎn)低，在成型時鉛偏析在內(nèi)外表面，鑄件內(nèi)外表面的鉛含量比內(nèi)部高得多[13]。這種偏析現(xiàn)象主要原因是由于各種鑄造合金在結(jié)晶過程中發(fā)生了溶質(zhì)再分配的結(jié)果。在晶體長大過程中，由于是在鑄造條件下，結(jié)晶速度大于溶質(zhì)的擴(kuò)散速度，從而使先析出的固相與液相的成分不同，先結(jié)晶與后結(jié)晶晶體的化學(xué)成分也不相同，甚至同一晶粒內(nèi)各部分的成分也不一樣。鉛偏析導(dǎo)致水嘴鑄件內(nèi)外表面的鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，間接影響水嘴的鉛析出量。

4 結(jié)論

文中對2003版和2014版《陶瓷片密封水嘴》在水嘴中金屬污染物析出的限量指標(biāo)方面的變化進(jìn)行對比討論，分析了影響鉛析出量的因素：1、數(shù)據(jù)分析得出鑄造銅件和加工銅件水嘴鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其鉛析出量具有正相關(guān)性，其中鑄造銅件水嘴的鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鉛析出量具有正線性相關(guān)；2、實(shí)踐中不同鑄造工藝會導(dǎo)致鑄件鉛偏析的不同，能間接影響水嘴的鉛析出量。對鉛析出量影響因素的分析，有利于為推進(jìn)水嘴質(zhì)量改進(jìn)工作提供依據(jù)和方向。

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[6] GB 18145-2003. 陶瓷片密封水嘴[S].

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Discussion about Lead Extraction of Faucet

HUANG Wen-Jia
(Nan’an Supervision Testing Institute of Quality & Metrology, Nan’an 362300,Fujian,China)

Recently,Lead extraction of faucets have gained widely attention, and the safety of tap water have caused a panic, and all relevant government departments payed more attention to it. In 2014, the Ceramic Cartridge Faucets( GB18145-2014 ) was modified and published. One important change is that this vision increases some indictors including lead extraction and its experimental method. For looking into the causes of lead extraction and looking for the way to improve faucets’ quality, the paper analysis the correlation between lead extraction and lead content of faucets, and describes the effect of the faucet casting process on lead extraction.

Faucet; Lead extraction; Lead content; The faucet casting process

2015-03-31

黃文佳，男，南安市質(zhì)量計(jì)量檢測所，助理工程師，在職研究生