浅谈给水用塑料管材抗菌功能化的意义

作者：李毕忠 王占杰 李泽国 阳文 张振路

欢迎访问e展厅 展厅 9 管材/管件/法兰展厅 供气设备, 管材, 管件, 法兰, 管道... 摘要：对目前给水用管材应用现状的调查分析表明，铸铁管、钢管、有的品种塑料管材在使用过程中因有害细菌、霉菌等微生物的滋生蔓延会造成饮用水的二次污染，对人们生活造成极大危害。而抗菌功能塑料管材则可以有效抑制有害细菌在管道中的生长，普及推广抗菌给水管后，可以使生活用水更加安全、健康。本文还介绍了中国建材行业标准JC/T939-2004《建筑用抗细菌塑料管抗细菌性能》对抗菌塑料管道的技术要求。 水是生命的源泉，人的生存一刻也离不开水。“健康”与“安全”是现代人最为重视的，饮用水的水质是人们关注的焦点。从水质保证来看，合乎标准的生活饮用水通过供水管道输送到千家万户，传统的管道系统多采用金属管材，如镀锌钢管等。镀锌钢管易生锈、易腐蚀、易渗漏、易结垢，水管的铁与空气中或水中氧气发生化学反应，管道里外都会生锈，并滋生各种微生物，污染管道中的自来水，这些受到“二次污染”的自来水中携带的细菌是“无形”的杀手，时时威胁着我们的健康。发达国家以塑料管代替镀锌钢管作为饮水输送管，倡导不生锈、无腐蚀、无渗漏、无结垢的优质绿色管材，希望能彻底解决自来水管道系统中的二次污染问题。 当前给水用塑料管使用的现状 塑料管在国外很早就开始应用于城市供排水、建筑给排水、热水供应、供热采暖等领域，其中最主要的应用领域之一是给水管网及饮用水管领域。在众多塑料管材品种中，PVC管道的用量占绝对优势，但近几年无论在给水管道领域，聚烯烃管材的发展速度，大大超过PVC管材。PP-R管材与管件是欧洲上世纪80年代末、90年代初推广应用的新型塑料管道产品，使用量较多的国家有意大利、德国等。 PP-R塑料管本身无毒，合乎卫生要求，但和其它管材一样，普通PP-R塑料管没有抑制细菌的自洁功能。在家庭用水这种特定环境下，由于水源的污染、自来水厂的落后工艺及其管网的陈旧不合理等客观因素，使家用的自来水管成为水质二次污染物的聚集地和细菌滋长地，这些有害细菌在水管中滋生蔓延形成菌膜，再次污染自来水体，将严重影响到人们的健康。 有的自来水管在使用一段时间后的管内壁污垢取样，检测结果是：一种黄色锈瘤，内含杆菌、球菌、细状菌等微生物，大量的铁细菌、埃希尔大肠杆菌、肠道细菌、栖居菌、不动杆菌属、气单胞菌属、节杆菌属、芽孢杆菌属等，多达31种和恶臭假单胞菌属至少14种生物型，甚至发现耐氯微生物的滋生如直链菌属、脆杆菌属、丽管螺属和小球藻属等。管内壁污垢中异养菌、大肠杆菌、放射菌和真菌浓度极高。 国内建筑物的给水管以往大多采用钢管等材质，屋龄超过五年的房子，自来水管管壁便会开始沉淀重金属、孳生杂菌、微藻植物等有害物质，随着时间越久，锈蚀、积垢的情形便日益严重，水管内壁会逐步沉积重金属、锰、镉及杂菌等，如通过生活用水一点点被人体吸收，虽在短时间内不会出现很明显症状，但是长期使用这样的水，人体健康将受到损害，肝癌、肾病、皮肤病及一些精神病状况也会悄然上身。 我国台湾一项《台北市居家水质检验调查》发现，不论是屋龄1年半的电梯大楼，或是将近30年的旧公寓，都可在居家水塔或是水龙头管壁采集到黄稠粘腻的“生物膜”，且生物膜中100%检验出大肠杆菌群。中正大学地球与环境科学系副教授许昺慕指出，细菌薄膜是居家饮用水主要的污染来源之一，而且在居家饮水管线，包括水塔、蓄水池、水管，甚至水龙头都可以找到。居家管线与储水设备只要久未清洗，或是水管老化生锈，水中细菌就会附着生长在内壁，形成一层黄稠粘腻的细菌聚群，称为“生物膜”。这层细菌膜蓄积具黏性的多糖体，可使各类微生物（包括病原体）一层又一层的增生加厚，当生物膜脱落，这一块块的菌群就顺着水流出水龙头，流进居家的锅碗瓢盆里。生物膜中隐藏多种病原菌与微生物，包括多种致病的肠道细菌，污染水质后可能引起各式肠胃疾病，有可能造成儿童腹痛、腹泻、发烧、头痛等症状。生物膜中还可能藏有退伍军人菌、自由型阿米巴原虫等致病微生物，这些菌落若脱落管壁流入水中，就会成为自来水的污染源，影响饮用水安全。 2009年7月6日4版孝感晚报报道，湖北某地居民在自己家中自来水中发现有一些微生物存在，后经反复检验分析，技术人员认为这些微生物并非来自自来水公共管道，可能是夏季温度过高，太阳直射户外给水管而滋生出的微生物，特别是某些“高龄”水管使微生物更易滋生。 由此可见，铁管易受微生物侵袭，塑料管虽属清洁输水管道，但仍不能避免有害微生物侵蚀污染。为了保证我们用水安全，虽有专家建议对使用的塑料管道定期进行杀菌、消毒处理，但实际上，清洗水道管网是一项除非在特殊事件逼迫下才做的耗资巨大的工程，不太可能作为一件常规事务来执行。 新华网2007年01月26日专稿：据路透社24日报道称，美国公众越来越担心水供应问题，美国水专家最担心的不是武装分子发动袭击或者全球变暖导致雪量减少，却是生锈的管道。 蒙大拿州立大学的微生物学家兼水专家蒂莫西·福特说：“把水弄干净，再放进脏管子里，那就没什么意义了。我认为，输送系统是我们未来面对的最大危险和首要问题。” 美国各地的城镇每年花500多亿美元清洁来自河流、湖泊和地下蓄水层的水。目前美国有17万个公共输水系统，把符合1974年《安全饮用水法》的自来水送到千家万户。但是，经过昂贵的净化处理后，这些水却要流过五六十年甚至100年以前埋在城市地下的管道才能进入你的杯子。 那些延伸到美国各地的管道总长近100万英里，大多是铁制。专家说，随着铁管生锈破裂，不仅水会漏出，疾病也会钻进来。全国科学研究委员会在为环境保护署开展的一项研究中说：“5年以来的调查表明，由饮水传播的疾病—起因包括微生物和化学物质—有很大部分可以归结为输送系统的问题。” 自然资源保护委员会发言人埃里克·戈尔茨坦说，费城、芝加哥、丹佛和纽约这些美国最古老的大城市都出现输水系统需要维修的迹象。纽约输水管道漏得最厉害的地方每月流失10亿加仑(约38亿升)水。老化的基础设施将对消费者的身体健康构成越来越大的威胁。 超过2.73亿美国人使用的水来自公共输水管道。另外10%的美国人从私人水井中取水。对自来水质的担心使越来越多的美国人转而使用瓶装水或家庭过滤装置。美国国家卫生基金会国际部说，40%以上的美国家庭都在使用某种形式的水处理装置。环境保护署的规定要求水在离开水厂之前要经过检测，确定是否含有隐孢子虫和军团菌等老管道里常见的微生物。 由此可见，自来水公共输水管道和进水管的基础设施是饮水卫生的重要基础，非加以重视不可。 抗菌塑料管道技术介绍 抗菌给水管是指给水管能够抑制细菌繁殖，从而避免在管壁产生菌膜的功能管道。抗菌水管由抗菌材料制成。 抗菌塑料给水管材PP-R、PVC等，通过特殊的分散技术，将载银\锌沸石、载银玻璃、载银磷酸鋯或氧化锌等微纳米无机抗菌粉体，混合制成抗菌塑料，再用塑料管道生产设备和工艺，制得具有抗菌功能的塑料管道。这种对普通塑料管材进行抗菌化处理的生产技术，可以大批量推广应用。使用中，细菌等微生物不能在该塑料表面滋生存活，因此可以实现“一劳永逸的管道自洁性能”。 这种纳米复合抗菌塑料管道中通常含0.4-2.0%的无机抗菌剂，因此具有如下性质： a. 管道塑料中已结合的极微量的银离子、锌离子，对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌、霉菌乃至藻类具有广泛抑制效果，使其自身免受有害微生物的侵害，防止菌膜生成。从而保证了水质不被二次污染，保持其卫生质量不下降。 b. 塑料管道的抗菌性能持久，起抗菌作用的银离子或锌离子被抗菌剂结构的缓释系统保留和控制释放，使用多年后仍然能保持良好抗菌效果。 c. 抗菌体系属于无机抗菌剂，安全无毒，符合塑料管材的各种卫生标准要求。 d. 含有抗菌剂的塑料和常规塑料的加工性能基本相同，对管材加工工艺无需做较多改变。抗菌塑料管材的物性指标符合塑料管道的性能要求。其施工性能和普通塑料管道相同。 北京崇高纳米科技有限公司经过多年的系统研究和产品开发，已开发出PP-R、PE、PVC等品种的抗菌塑料管道生产技术，符合中国建材行业标准JC/T939-2004《建筑用抗细菌塑料管抗细菌性能》的抗菌性能标准,技术水平处于国际先进。该技术已在多家管道企业推广应用，生产和施工企业取得了一定的经济效益和社会效益。 抗菌塑料管材的应用特点和性能标准 抗菌塑料管材的应用特点要求抗菌性能有效、抗菌范围广谱、抗菌效果长效，并适用于在涉水环境中使用。 中国建材行业标准JC/T939-2004《建筑用抗细菌塑料管抗细菌性能》是根据国内外抗菌材料及其应用的技术发展情况制定的，是我国第一个抗菌塑料管道的产品标准，该标准于2004年10月20日发布，已于2005年4月1日实施。北京崇高纳米科技有限公司是该标准中负责技术的主要起草单位之一。 该标准对抗菌塑料管抗细菌性能给出定量评价方法和技术要求，并规定了抗菌塑料管的抗菌持久性能要求。 该标准使用国际上评价抗菌塑料的抗菌性能的最先进的测试方法—接触测试法（贴膜法），标准中选择的测试菌为革兰氏阳性菌代表菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌代表菌大肠杆菌。该标准是我国最早的抗菌材料和抗菌产品的标准之一，但即使从今天看来，标准所采用的测试方法和测试菌株是非常先进的，与2007年国际标准化组织颁布的抗菌塑料标准ISO 22196-2007《塑料—塑料表面的抗菌活性》（ ISO 22196：2007 Plastics-Measurement of antibacterial activity on plastics surfaces）相同。 该标准规定的抗菌塑料管的抗菌率应大于99%（有较强抗菌性）和大于90%（有抗菌性），其技术指标的设定是先进的，同时也照顾到了国内抗菌塑料当时的技术水平。 抗菌塑料管道抗菌性能的持久性能，该标准参考了日本抗菌技术协会的抗菌性能加速测试实验条件，规定试样在温度为（50±2）℃的蒸馏水水浴中浸泡16h后抗菌性能指标为抗菌率大于90%。 特别是，在标准中对技术指标规定为抗细菌率大于99%的产品可以报告有强抗细菌作用，抗细菌率大于90%的产品可以报告有抗细菌作用；并且规定在水浴浸泡处理后的样品抗细菌率大于90%，则可表明本产品具有抗细菌耐久性。 国家建材行业标准的颁布实施，对抗菌塑料管道，特别是给水管的产品开发和应用起到了一定的推动作用。我国抗菌塑料管材生产企业已由起初的4家发展到现在近20家，一些实力雄厚的管材生产企业纷纷生产出自己的抗菌管道产品，包括抗菌型铝塑复合管、PP-R管、PVC管、玻纤增强抗菌管（PP-R）等，部分产品已广泛使用于北京、深圳、西安、长沙、太原等地。 抗菌塑料管材的饮水安全性问题 抗菌塑料管材的抗菌材料选择和使用必须遵循安全原则。 无机抗菌剂的关键成分是银和锌。银是贵金属元素。人类历史上早就使用银器作为高档食具，不仅是银器给人以高贵的光泽、厚重的殷实感，还因为银器食具能够防止食物腐败变质，防止疾病发生，保护人类健康。无机抗菌剂是现代技术将银的杀菌抑菌特性加以发挥，用微量的银制造大量的抗菌产品，将人类的这一远古发现运用到现代生活，造福现代人。银和人类在长期生活中已处于共生的和谐环境中。 近年的科学研究表明，锌是人类的必需元素。锌在儿童发育、生殖等都不可或缺。 当然，有益元素如果过量摄取，也会带来副作用，甚至导致中毒。可喜的是，微量银的存在就可抑制细菌的繁殖，银的最低抑菌浓度为5ppm。 GB／T17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》对给水管材、管件的卫生安全性检验作了规定，其色度、浑浊度、pH等23项指标均应符合标准，对人体无害，才可以作为给水管使用。 抗菌塑料管材的应用意义重大 目前日本等发达国家生活饮用水已发展为入户可直接饮用的高质量饮水，所以对给水材质的卫生安全性要求很高。饮用水或直饮水水质取决于两个主要方面：原水净化处理效果和输水管路保障系统。 上世纪90年代初纽约城市供水管被细菌污染事件几乎造成城市瘫痪，恢复供水的管路清洗工作耗资巨大。因此，抗菌塑料管材作为一类具有抑菌功能的新型塑料管材，在保持管材原有使用功能和安全性的同时，赋予了管道卫生自洁功能。抗菌管材管道对保持水质和防患于未然是十分必要的。抗菌塑料水管、管件、龙头已成为发展趋势。 近年来中国的塑料管业以令世人惊奇的速度蓬勃发展。中国塑料管产量从90年的不到20万吨增长到2010年的840万吨，平均年增长率近20％，居世界首位。在产量大幅增长的同时，市场对高品质塑料管材的需求也呈快速增长态势，与百姓生活密切相关的给水管卫生安全性能标准会越来越高，抗菌塑料管材等技术含量高的管道在市场上将会得到更广泛的认可。 随着我国经济和科学技术发展，人民生活水平提高，对饮用水安全的关注程度越来越高，建筑用抗菌塑料管材将成为给水管的主角已成为必然。(end)

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