Water Chemistry Effects on Dissolut

Water Chemistry Effects on Dissolution Rates of Lead Corrosion
Products [Project #4064]
ORDER NUMBER: 4064
DATE AVAILABLE: Summer 2010
PRINCIPAL INVESTIGATORS:
Daniel E. Giammar, Katherine S. Nelson, James D. Noel, and Yanjiao Xie
OBJECTIVES:
The primary objective of the project was to provide new information to the water supply
community that advances understanding of lead corrosion product dissolution and
transformation rates. Specific objectives were to (1) summarize the state-of-knowledge
regarding dissolution rates of lead corrosion products; (2) determine dissolution and
transformation rates of lead corrosion products as a function of pH and concentrations of
orthophosphate, dissolved inorganic carbon, and chloramines; and (3) evaluate lead
release rates from corrosion products on lead pipes by applying fundamental dissolution
rate information developed for Objective 2.
BACKGROUND:
The internal corrosion of lead-containing pipe, fittings, and solder in premise plumbing is
the most significant source of lead to drinking water. Although new construction does
not use lead pipe, many older buildings retain original lead service lines and internal
plumbing. Concern over lead concentrations in drinking water motivated the passage of
the Lead and Copper Rule (LCR) in 1991. The LCR requires utilities to implement
methods to control lead corrosion if the 90th percentile of samples exceeds the action
level of 0.015 mg/L. Lead concentrations in tap water are strongly influenced by
distribution system water chemistry. In response to changes in water chemistry, high
lead concentrations can also be observed in systems with no previous history of a lead
problem.
Lead concentrations in drinking water are affected by chemical reactions that occur
within lead service lines and premise plumbing. Lead may be released directly from
pipe, lead-containing corrosion products on the pipe surface, and from brass and solder
that contain lead. Lead corrosion products observed on lead pipes include lead(II)
carbonates and phosphates and, more recently, lead(IV) oxide (PbO2(s)). Solubility and
dissolution rates of corrosion products are affected by water chemistry parameters
including pH, dissolved inorganic carbon, orthophosphate, and the concentration and type
of disinfectant residual.
Information on dissolution rates of lead corrosion products can be particularly valuable as
water suppliers consider process changes that affect water chemistry such as switching
disinfectant type or dose, adjusting pH, or adding a corrosion inhibitor. While the
formation of lead corrosion products can passivate the pipe surface and limit further lead
release, changes in water chemistry can cause dissolution of the corrosion products and
ii
lead release to solution. An improved understanding of the effects of water chemistry on
lead release rates can be used to identify strategies that inhibit dissolution and minimize
lead release. Information on corrosion product dissolution rates can also help quantify
the influence of stagnation time on lead concentrations to which consumers are exposed
and upon which monitoring protocols are based.
APPROACH:
The three objectives were addressed in a research approach that was divided into three
corresponding research tasks. Task 1 was a literature review regarding the dissolution
rates of lead(II) carbonate, lead(II) phosphate, and lead(IV) oxide precipitates. Task 2
was a systematic experimental investigation of the dissolution rates of three important
lead corrosion products. Task 3 extended the study of dissolution rates of pure solids to
release rates from pipe scales. Tasks 2 and 3 involved bench-scale laboratory
experiments with integrated analysis of the aqueous solutions and the solid phases.

RESULTS/CONCLUSIONS:
Task 1: Review of Lead Carbonate, Phosphate, and Oxide Dissolution Rates
The review introduces the impact of the dissolution of lead corrosion products on
drinking water quality. It then presents an overview of the equilibrium solubility of lead
(II) carbonates and phosphates and lead(IV) oxides. The dissolution rates of these solids
are then summarized and compared with the rates of other divalent metal carbonate and
phosphate precipitates. The presentation of rates describes an approach that accounts for
the effects of pH and the distance of the solution from equilibrium solubility. The
dissolution rates of both carbonate and phosphate solids increase with decreasing pH;
however, the majority of these studies observed such effects at pH values below 7, and
measurements over a neutral pH range are less pH-dependent. Dissolution rates of lead
carbonates and phosphates are comparable to those of the much more frequently studied
calcium carbonates and phosphates. Dissolution rates are lower at lower temperatures.
Task 2: Quantification of Dissolution and Transformation Rates of Lead Corrosion
Products
Combinations of pH and concentrations of dissolved inorganic carbon (DIC),
orthophosphate, and

Kết quả (Việt) 1:

Tác dụng hóa học nước giải tán giá chì chống ăn mònSản phẩm [dự án #4064]SỐ THỨ TỰ: 4064NGÀY có sẵn: Mùa hè 2010CHÍNH CÁC NHÀ ĐIỀU TRA:Daniel E. Giammar, Katherine S. Nelson, James D. Noel và Yanjiao tạMỤC TIÊU:Mục tiêu chính của dự án là để cung cấp các thông tin mới để cung cấp nướccộng đồng tiến bộ sự hiểu biết về dẫn giải thể sản phẩm chống ăn mòn vàtỷ lệ chuyển đổi. Mục tiêu cụ thể (1) tóm tắt các trạng thái của kiến thứcliên quan đến giải thể tỷ giá của các sản phẩm chống ăn mòn dẫn; (2) xác định giải thể vàchuyển đổi tỷ giá của các sản phẩm chống ăn mòn dẫn như là một hàm của độ pH và nồng độorthophosphate, giải tán vô cơ carbon và chloramines; và (3) đánh giá chínhtỷ lệ phát hành sản phẩm chống ăn mòn trên đường ống dẫn bằng cách áp dụng cơ bản giải thểthông tin tỷ lệ phát triển cho mục tiêu 2.BỐI CẢNH:Sự ăn mòn bên trong có chứa chì ống, phụ kiện và Hàn trong hệ thống ống nước tiền đề lànguồn quan trọng nhất dẫn đến uống nước. Mặc dù mới xây dựng hiệnkhông sử dụng chì ống, nhiều tòa nhà lớn giữ lại bản gốc dẫn dịch vụ dòng và nội bộđường ống dẫn nước. Mối quan tâm hơn nồng độ chì trong nước uống thúc đẩy các đoạn văn củaChì và đồng quy tắc (LCR) vào năm 1991. LCR đòi hỏi các tiện ích để thực hiệnCác phương pháp để kiểm soát dẫn ăn mòn nếu vượt quá 90 percentile mẫu hành độngmức độ 0.015 mg/L. nồng độ chì trong vòi nước có ảnh hưởng mạnh bởiphân phối hệ thống nước hóa. Để đáp ứng với những thay đổi trong nước hóa học caonồng độ chì cũng có thể được quan sát thấy trong các hệ thống với không có lịch sử trước đó của một chỉ dẫnvấn đề.Các nồng độ chì trong nước uống bị ảnh hưởng bởi phản ứng hóa học xảy ratrong dịch vụ đường dẫn và tiền đề hệ thống ống nước. Chì có thể được phát hành trực tiếp từđường ống, có chứa chì ăn mòn các sản phẩm trên bề mặt ống, và từ đồng thau và Hàncó chứa chì. Các sản phẩm chống ăn mòn dẫn quan sát trên đường ống dẫn gồm lead(II)cacbonat và phốt phát, và gần đây hơn, lead(IV) oxit (PbO2(s)). Độ hòa tan vàgiải thể tỷ giá của các sản phẩm chống ăn mòn bị ảnh hưởng bởi các thông số hóa học nướcbao gồm pH, giải tán vô cơ carbon, orthophosphate, và nồng độ và loạicủa chất tẩy trùng còn sót lại.Thông tin về giải thể tỷ giá của các sản phẩm chống ăn mòn dẫn có thể đặc biệt là có giá trị nhưnhà cung cấp nước xem xét quá trình thay đổi có ảnh hưởng đến hóa học nước chẳng hạn như chuyển đổiloại thuốc tẩy uế hoặc liều, điều chỉnh độ pH, hoặc thêm một chất ức chế ăn mòn. Trong khi cácsự hình thành của các sản phẩm chống ăn mòn dẫn có thể passivate ống bề mặt và hạn chế tiếp tục dẫn đầuphát hành, các thay đổi hóa học của nước có thể gây ra sự sụp đổ của các sản phẩm chống ăn mòn và IIdẫn phát hành cho giải pháp. Một sự hiểu biết được cải thiện các tác dụng của hóa học nước trêndẫn phát hành tỷ lệ có thể được sử dụng để xác định các chiến lược mà ức chế giải tán và giảm thiểudẫn phát hành. Thông tin về tỷ giá giải thể sản phẩm chống ăn mòn cũng có thể giúp định lượngảnh hưởng của thời gian trì trệ về nồng độ chì mà người tiêu dùng được tiếp xúcvà khi mà giám sát các giao thức được dựa.PHƯƠNG PHÁP:Ba tiêu đã được giải quyết trong một cách tiếp cận nghiên cứu này được chia thành banhiệm vụ nghiên cứu tương ứng. Nhiệm vụ 1 là một bài đánh giá văn học liên quan đến việc giải thểtỷ lệ lead(II) cacbonat, phosphat lead(II), và lead(IV) oxit kết tủa. Nhiệm vụ 2là một hệ thống thực nghiệm điều tra độ tan rã của ba quan trọngdẫn sản phẩm chống ăn mòn. Nhiệm vụ 3 mở rộng các nghiên cứu về giải thể tỷ lệ tinh khiết chất rắn đểphát hành tỷ lệ từ ống vảy. Nhiệm vụ 2 và 3 tham gia băng ghế dự bị quy mô phòng thí nghiệmCác thí nghiệm với các phân tích tích hợp của các giải pháp dung dịch nước và pha rắn.KẾT QUẢ/KẾT LUẬN:Nhiệm vụ 1: Xem xét chì cacbonat, phosphat và ôxít tan rã tỷ giáViệc xem xét giới thiệu các tác động của sự tan rã của các sản phẩm chống ăn mòn dẫn trênchất lượng nước uống. Nó sau đó trình bày tổng quan về cân bằng độ hòa tan của chì(II) cacbonat và phốt phát và lead(IV) oxit. Tỷ lệ giải tán của các chất rắnsau đó tóm tắt và so sánh với các mức giá khác cacbonat kim loại tương vàkết tủa phốt phát. Trình bày của tỷ lệ mô tả một cách tiếp cận các tài khoản choảnh hưởng của pH và khoảng cách của các giải pháp từ trạng thái cân bằng hòa tan. Cácgiải thể tỷ lệ cacbonat và phosphate chất rắn tăng giảm độ pH;Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu quan sát thấy các hiệu ứng ở giá trị pH dưới 7, vàCác phép đo trên một phạm vi độ pH trung tính có ít phụ thuộc vào độ pH. Giải thể tỷ lệ của chìcacbonat và phốt phát được so sánh với những người nghiên cứu nhiều hơn nữa thường xuyêncacbonat canxi và phốt phát. Giải thể tỷ giá đang thấp hơn ở nhiệt độ thấp hơn.Nhiệm vụ 2: Định lượng giải thể và tỷ lệ chuyển đổi của sự ăn mòn chìSản phẩmSự kết hợp của pH và nồng độ carbon vô cơ hòa tan (DIC),orthophosphate, và

Kết quả (Việt) 2:

Tác dụng hóa học nước về giá Giải thể Chì ăn mòn
Sản phẩm [Project # 4064]
SỐ TỰ: 4064
NGÀY SẴN: Mùa hè năm 2010
TRA CHÍNH:
Daniel E. Giammar, Katherine S. Nelson, James D. Noel, và Yanjiao Xie
MỤC TIÊU:
Mục tiêu chính của dự án là cung cấp thông tin mới để cung cấp nước
cộng đồng nhằm nâng cao sự hiểu biết về giải sản phẩm ăn mòn và dẫn
giá chuyển đổi. Mục tiêu cụ thể là: (1) tóm tắt các nhà nước-of-kiến thức
giá giải thể liên quan đến các sản phẩm ăn mòn chì; (2) xác định giải thể và
tỷ lệ chuyển đổi của sản phẩm chì ăn mòn như là một hàm của pH và nồng độ các
orthophosphate, cacbon vô cơ hòa tan, và chloramines; và (3) đánh giá dẫn đầu
tỷ lệ phát hành từ các sản phẩm ăn mòn trên đường ống dẫn bằng cách áp dụng giải thể cơ bản
thông tin tỷ lệ phát triển cho các Mục tiêu 2.
BỐI CẢNH:
Việc ăn mòn bên trong đường ống có chứa chì, phụ kiện, và hàn trong tiền đề đường ống dẫn nước là
nguồn quan trọng nhất của chì vào nước uống. Mặc dù xây dựng mới không
không sử dụng đường ống dẫn, nhiều tòa nhà cũ giữ lại dòng chì gốc và nội bộ
hệ thống ống nước. Lo ngại về hàm lượng chì trong nước uống thúc đẩy việc thông qua
các chì và đồng Rule (LCR) vào năm 1991. Các LCR đòi hỏi các tiện ích để thực hiện
các phương pháp để kiểm soát ăn mòn chì nếu thứ 90 của mẫu vượt quá hành động
mức 0.015 mg / L. Nồng độ chì trong nước máy bị ảnh hưởng mạnh bởi
hóa hệ thống phân phối nước. Trong phản ứng với những thay đổi trong hóa học nước, cao
nồng độ chì cũng có thể được quan sát thấy trong các hệ thống không có tiền sử trước đó của một dẫn
vấn đề.
Nồng độ chì trong nước uống bị ảnh hưởng bởi các phản ứng hóa học xảy ra
trong đường dây dịch vụ chính và tiền đề hệ thống ống nước. Chì có thể được phát hành trực tiếp từ
đường ống, các sản phẩm ăn mòn có chứa chì trên bề mặt đường ống, và từ đồng thau và hàn
có chứa chì. Sản phẩm ăn mòn dẫn quan sát trên các đường ống dẫn bao gồm chì (II)
cacbonat và phốt phát và gần đây hơn, chì (IV) oxit (PbO2 (s)). Độ hòa tan và
giải thể giá các sản phẩm ăn mòn bị ảnh hưởng bởi các thông số hóa học của nước
bao gồm pH, cacbon vô cơ hòa tan, orthophosphate, và nồng độ và loại
chất khử trùng còn sót lại.
Thông tin về tỷ lệ giải thể các sản phẩm ăn mòn dẫn có thể đặc biệt có giá trị như
các nhà cung cấp nước xem xét thay đổi quá trình đó ảnh hưởng đến nước hóa học chẳng hạn như chuyển
loại chất khử trùng hoặc liều, điều chỉnh pH, hoặc thêm một chất ức chế ăn mòn. Trong khi
hình thành các sản phẩm ăn mòn chì có thể passivate bề mặt ống và hạn chế thêm nữa dẫn
phát hành, thay đổi thành phần hóa học nước có thể gây tan rã của các sản phẩm ăn mòn và
ii
phát hành dẫn đến giải pháp. Nâng cao hiểu biết về tác động của hóa học nước về
tỷ lệ phát hành dẫn có thể được sử dụng để xác định chiến lược mà ức chế giải thể và giảm thiểu
phát hành dẫn. Thông tin về tỷ lệ giải thể sản phẩm ăn mòn cũng có thể giúp xác định số lượng
các ảnh hưởng của thời gian trì trệ về nồng độ chì mà người tiêu dùng được tiếp xúc
và khi mà các giao thức giám sát được dựa.
APPROACH:
Ba mục tiêu đã được đề cập trong một cách tiếp cận nghiên cứu được chia thành ba
nhiệm vụ nghiên cứu tương ứng . Nhiệm vụ 1 là một nghiên cứu tài liệu liên quan đến việc giải thể
giá chì (II) cacbonat, chì (II) phosphate, và chì (IV) kết tủa oxit. Nhiệm vụ 2
là một cuộc điều tra thử nghiệm hệ thống những giá giải ba quan trọng
sản phẩm chì ăn mòn. Nhiệm vụ 3 mở rộng nghiên cứu về tỷ lệ giải thể của các chất rắn nguyên chất để
phát hành giá từ quy mô ống. Nhiệm vụ 2 và 3 phòng thí nghiệm băng ghế dự bị quy mô tham gia
thí nghiệm với phân tích tổng hợp của dung dịch nước và các giai đoạn rắn. KẾT QUẢ / KẾT LUẬN: Nhiệm vụ 1: Đánh giá của chì cacbonat, Phosphate, và giá Oxide Giải thể xem xét giới thiệu các tác động của các giải thể chì sản phẩm ăn mòn chất lượng nước uống. Sau đó trình bày tổng quan về độ hòa tan cân bằng chì cacbonat và phosphat (II) và chì (IV) oxit. Tỷ lệ giải thể của các chất rắn sau đó được tóm tắt và so sánh với giá của hóa trị hai kim loại cacbonat và các kết tủa phốt phát. Bài trình bày của giá mô tả một cách tiếp cận có tính đến ảnh hưởng của pH và khoảng cách của các giải pháp từ cân bằng độ tan. Các tỷ lệ giải thể của cả hai carbonat và phosphate chất rắn tăng với giảm pH; tuy nhiên, đa số các nghiên cứu quan sát thấy hiệu ứng như vậy tại các giá trị pH dưới 7, và các phép đo trên một phạm vi pH trung tính ít pH phụ thuộc. Tỷ lệ giải thể chì cacbonat và photphat được so sánh với những người của nhiều hơn nữa thường xuyên nghiên cứu cacbonat canxi và phốt phát. Tỷ lệ giải thể là thấp hơn ở nhiệt độ thấp hơn. Nhiệm vụ 2: Định lượng, giải thể và chuyển đổi giá của Lead ăn mòn Sản phẩm kết hợp của độ pH và nồng độ carbon vô cơ hòa tan (DIC), orthophosphate, và