黃文佳

（南安市質(zhì)量計量檢測所，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，同時也引起各相關政府部門的重視。2014年，《陶瓷片密封水嘴》標準完成修訂并發(fā)布實施，其中一項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，及對其相應的實驗方法進行規(guī)范。為探究影響水嘴中鉛析出量的因素，給進一步改進水嘴質(zhì)量提供參考，文中分析了水嘴中鉛質(zhì)量分數(shù)與鉛析出量的關系，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)量分數(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：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某實驗室合作對13個水嘴樣品鉛析出的檢測結果。結果不容樂觀，其中多家中外知名品牌的產(chǎn)品，鉛析出超標量多達十幾倍甚至幾十倍。隨后水嘴鉛析出超標問題迅速發(fā)酵，各大媒體都爭相轉(zhuǎn)載、追蹤報道。小小的水龍頭，成為了人們聚焦的中心。

事實上，水嘴鉛析出指標不達標并不少見，在近年來的水嘴監(jiān)督抽查中，它是導致水嘴質(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，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，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，占不合格批次的30.43%。可見鉛析出量屬于容易超標的項目，是影響水嘴質(zhì)量達標的一個重要因素。

對鉛析出量進行把關是因為鉛是嚴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)的血紅蛋白緊密結合進行運輸，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)皮細胞不能阻止鉛進入人腦組織，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，會導致行為功能的改變，常見的有模擬學習困難、空間綜合能力下降、運動失調(diào)、多動、易沖動、注意力不集中、侵襲性增強和智商下降等[4]。

因此水嘴質(zhì)量尤其是鉛析出量關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注，給水嘴市場的發(fā)展帶來機遇和挑戰(zhàn)。為了順應水嘴行業(yè)的發(fā)展和市場需要的變化，進一步規(guī)范我國水嘴產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，促進產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，質(zhì)檢總局和標準化委員會聯(lián)合發(fā)布《陶瓷片密封水嘴》（GB18145—2014）[5]（以下簡稱“2014版國標”），并于2014年12月1日起正式實施，屆時《陶瓷片密封水嘴》（GB18145—2003）[6]（以下簡稱“2003版國標”）宣告作廢。

2 標準中關于水嘴鉛析出的相關規(guī)定

2014年12月1日，陶瓷片密封水嘴國家標準GB 18145—2014正式實施，其中一項重要變化是水嘴中金屬污染物析出的限量指標性質(zhì)由行業(yè)推薦更改為國家強制。由于2003版國標中未強制執(zhí)行水嘴的鉛含量及其析出量限量指標，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)評判標準，并針對該項目做出廠把關檢驗，因此市場上銷售的水嘴質(zhì)量參差不齊，鉛析出量超標率高，嚴重危及人體尤其是嬰幼兒健康。2014版國標對金屬污染物析出量指標的強制性規(guī)定有利于促進企業(yè)把好水嘴的出廠質(zhì)量關，規(guī)范水嘴市場，降低危害人體健康隱患。

2014版國標在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）編寫的標準NSF/ANSI 61[7]進行少量修改。2003版國標的檢驗方法是推薦參照GB/T 17219—1998執(zhí)行。2014版國標與2003版國標鉛析出檢測方法對比如表1：

表1 2014版國標與2003版國標鉛析出檢測方法對比

與2003版國標相比，2014版國標在前處理明顯更加細致，能夠更好地清理水嘴內(nèi)表面雜質(zhì)和油脂，以保證檢測的真實性。最后的檢測結果采用對9個數(shù)據(jù)進行數(shù)學統(tǒng)計的方式相較于2003版國標更加科學，降低了數(shù)據(jù)的測量誤差。

2014版國標中對鉛析出統(tǒng)計值（Q）的計算公式主要分兩步，第一步是對實驗室濃度標準化。

式中：

X ——標準化濃度，單位為微克每升（μg/L）；

C ——實驗室測試水樣中金屬污染物的濃度，單位為微克每升（μg/L）；

VL——試驗用浸泡液的體積，單位為升（L）；

VL1——標準化體積，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）。

第二步是計算鉛析出統(tǒng)計值（Q）。

計算標準化濃度自然對數(shù)值：

計算單個樣品的標準化濃度自然對數(shù)值平均值：

公式：

計算3個樣品的平均值:

計算樣品標準化濃度自然對數(shù)值平均值的標準偏差s：

鉛析出統(tǒng)計值：

公式：

式中：

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

i ——為樣品（1,2,3）；

j——為實驗日期（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雜，鉛含量提高。實驗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系，是文中要進一步探討的問題。

3.1 鉛析出量與鉛含量的相關性分析

鉛析出統(tǒng)計值（Q）是由標準化濃度X進行統(tǒng)計學處理后得出的統(tǒng)計值。由公式（1），影響標準化濃度X主要有實驗室測試水樣中金屬污染物濃度c（μg/L）、試驗用浸泡液的體積VL（L）、CMV冷水調(diào)節(jié)因子。根據(jù)公式，標準化濃度X與這三個因素分別成線性正相關，隨著這三個因素的增大而增大。其中試驗用浸泡液的體積VL（L）、CMV冷水調(diào)節(jié)因子是由產(chǎn)品內(nèi)腔結構決定。實驗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)量分數(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，對兩個變量進行回歸分析。

表2 鑄造銅件水嘴中鉛質(zhì)量分數(shù)及鉛析出量檢驗結果[11]

表3 加工銅件水嘴中鉛質(zhì)量分數(shù)及鉛析出量檢驗結果[11]

首先把每一對（xi，yi）看成直角坐標系中的一個點，在圖中標出n個點。

圖1 鑄造銅件水嘴中鉛析出量與鉛質(zhì)量分數(shù)散點圖

圖2 加工銅件水嘴中鉛析出量與鉛質(zhì)量分數(shù)散點圖

從圖1可以看出兩個變量確實存在某種關系：當鉛質(zhì)量分數(shù)增加時，鉛析出量也呈現(xiàn)上升趨勢。圖2中兩個變量間關系不明顯需要進一步的分析。分別計算兩類水嘴銅合金中鉛質(zhì)量分數(shù)與鉛析出量的相關系數(shù)r（相關系數(shù)用以表示兩個變量線性關系的密切程度）。

其中：

套用公式分別計算表3和表4數(shù)據(jù)得

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

如果記它們真正的相關系數(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相關性顯著。由此可知鑄造銅件水嘴中鉛質(zhì)量分數(shù)與鉛析出量具有正線性相關，鑄造銅件水嘴鉛的質(zhì)量分數(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)量分數(shù)及鉛析出量不具有線性相關性。

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)量分數(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)腔結構相對復雜，壁厚不均勻，存在一些凸臺、交叉及厚壁的局部結構[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，鉛的熔點為327.5℃，在銅液澆入金屬型腔鑄件凝固時，低熔點成分和易熔雜質(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晶過程中發(fā)生了溶質(zhì)再分配的結果。在晶體長大過程中，由于是在鑄造條件下，結晶速度大于溶質(zhì)的擴散速度，從而使先析出的固相與液相的成分不同，先結晶與后結晶晶體的化學成分也不相同，甚至同一晶粒內(nèi)各部分的成分也不一樣。鉛偏析導致水嘴鑄件內(nèi)外表面的鉛質(zhì)量分數(shù)偏高，間接影響水嘴的鉛析出量。

4 結論

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方面的變化進行對比討論，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)量分數(shù)與其鉛析出量具有正相關性，其中鑄造銅件水嘴的鉛質(zhì)量分數(shù)與鉛析出量具有正線性相關；2、實踐中不同鑄造工藝會導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，有利于為推進水嘴質(zhì)量改進工作提供依據(jù)和方向。

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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)量計量檢測所，助理工程師，在職研究生