游泳池循環(huán)水消毒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展★

毛澍洲 胡 珊 邱光宇 張 波

(1.江蘇恒泰泳池科技股份有限公司，江蘇 常州 213169； 2.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013； 3.常州江蘇大學(xué)工程技術(shù)研究院，江蘇 常州 213159)

游泳池在使用過(guò)程中水質(zhì)會(huì)因游泳者攜帶的細(xì)菌與病毒、空氣中的灰塵顆粒以及其他因素受到污染，池水出現(xiàn)細(xì)菌超標(biāo)現(xiàn)象，據(jù)調(diào)查，約有43.3%的人在游泳后會(huì)出現(xiàn)皮膚干燥發(fā)癢、眼睛干澀疼痛或呼吸道細(xì)菌感染的癥狀[1]。所以隨著游泳運(yùn)動(dòng)的普及，泳池水質(zhì)的衛(wèi)生安全受到政府和公眾的廣泛關(guān)注。近日，GB 37488—2019公共場(chǎng)所衛(wèi)生指標(biāo)及限值要求(以下稱為新標(biāo)準(zhǔn))正式實(shí)施，其中游泳場(chǎng)所水質(zhì)衛(wèi)生指標(biāo)的數(shù)量及限值要求均有大幅度提高。微生物指標(biāo)比以前更嚴(yán)格，細(xì)菌總數(shù)不大于1 000個(gè)/mL調(diào)整為菌落數(shù)不大于200 CFU/mL，總大腸菌數(shù)不大于18個(gè)/L調(diào)整為不得檢出(CFU/100 mL)[2]。所以為保證泳池水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，保障游泳者的健康，消毒處理至關(guān)重要。文章首先介紹了游泳池循環(huán)水凈化的工藝流程，對(duì)幾種常用的泳池消毒技術(shù)進(jìn)行總結(jié)與分析，并探討存在的問(wèn)題。

1 泳池循環(huán)水處理常規(guī)工藝

游泳池水處理是一個(gè)漸進(jìn)的凈化過(guò)程，池水經(jīng)多次循環(huán)達(dá)到安全衛(wèi)生的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。圖1所示為順流式端壁進(jìn)水型池水循環(huán)方式[3]，泳池水經(jīng)池底回水口和外側(cè)溢流槽進(jìn)入凈化系統(tǒng)。以工藝流程劃分，系統(tǒng)可分為六個(gè)部分：

1)預(yù)凈化。毛發(fā)聚集器安裝在循環(huán)水泵的吸水管上，池水先經(jīng)其進(jìn)行預(yù)過(guò)濾，防止毛發(fā)或其他固體懸浮物纏繞損壞水泵葉輪或堵塞過(guò)濾器填料層。

2)投加混凝劑。以石英砂為主體的顆粒濾料要想濾除微米級(jí)的雜質(zhì)，需要在水中加入混凝劑吸附聚集微小的膠體顆粒，以便被濾料層截留。

3)過(guò)濾。經(jīng)過(guò)石英砂、陶?；蚬柙逋恋冉橘|(zhì)精細(xì)過(guò)濾，達(dá)到降低池水濁度、吸附截留懸浮顆粒、分解去除尿素等化合物的目的。

4)消毒。通過(guò)投加長(zhǎng)效消毒劑，將水中病原微生物的數(shù)量嚴(yán)格控制在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，防止游泳者交叉感染。

5)水質(zhì)平衡。通過(guò)在系統(tǒng)末端投加pH調(diào)整劑，將pH控制在7.0～7.8。

6)水質(zhì)監(jiān)控和檢測(cè)。游泳池設(shè)置在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，當(dāng)水質(zhì)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)能自動(dòng)報(bào)警提示。

游泳場(chǎng)所常用的消毒技術(shù)主要有氯消毒、紫外線消毒、臭氧消毒等。氯消毒劑種類較多，包括液氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣、漂白粉等，它們的區(qū)別是有效氯含量和形態(tài)不同，殺菌機(jī)理基本相似[4]。與其他技術(shù)相比，氯制劑成本低，容易獲取，殺菌效果好，且水中余氯具有持續(xù)殺菌消毒的能力，目前在國(guó)內(nèi)被廣泛應(yīng)用于大型游泳池的池水消毒[5]。紫外線消毒接觸時(shí)間短，占地面積小，無(wú)副產(chǎn)物，消毒后池水無(wú)色無(wú)味，但是系統(tǒng)投資維護(hù)成本高，處理水量小，影響因素多，適用于小型游泳館。臭氧殺菌能力強(qiáng)，原料及副產(chǎn)物均為氧氣，無(wú)二次污染，還能提高游泳池水質(zhì)及周圍環(huán)境質(zhì)量，但臭氧的產(chǎn)生、控制和檢測(cè)需要一定技術(shù)，設(shè)備多，投資大，操作管理不易，在標(biāo)準(zhǔn)高或經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)的游泳館采用。

2 常規(guī)泳池循環(huán)水消毒技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 消毒副產(chǎn)物

游泳場(chǎng)所中DBPs最主要的暴露途徑為呼吸吸入和皮膚穿透[9]。Kogevinas 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，游泳后人體的呼出氣中THMs 的濃度為7.9 μg/m3，濃度約是游泳前的6.5倍。Villanueva等[11]和Florentin等[12]的研究表明，隨著THMs 組分暴露濃度的升高和暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，游泳人群患大腸癌、膀胱癌的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加，且發(fā)病的概率明顯高于非游泳人群。

臭氧的強(qiáng)氧化性對(duì)耐藥性強(qiáng)的病原微生物能有效滅活，是良好的消毒劑，但同時(shí)也會(huì)使水中的溴化物轉(zhuǎn)化為次溴酸，進(jìn)而生成具有染色體和DNA遺傳毒性的溴酸鹽及含溴有機(jī)化合物。

2.2 消毒劑儲(chǔ)運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)

氯消毒劑殺菌效果好，成本低，占地面積小，是大多數(shù)游泳池和水廠采用的消毒方法。氯氣是一種黃綠色有毒氣體，有強(qiáng)烈的窒息氣味，屬于Ⅱ級(jí)(高度危害)物質(zhì)。

氯瓶在運(yùn)輸、貯存、管理及使用等方面均存在安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。一般情況下，氯氣被液化并充裝在鋼瓶中，瓶?jī)?nèi)液氯與氣氯共存，其容積比隨鋼瓶?jī)?nèi)壓力和溫度的變化而變化。一方面，如果環(huán)境溫度升高，氯瓶受熱，瓶?jī)?nèi)壓力增加，可能會(huì)導(dǎo)致爆炸。另一方面，如果加氯系統(tǒng)發(fā)生氯氣泄漏，將危及人體安全。Govier[13]研究總結(jié)了1 566名氯氣暴露者的癥狀，常見(jiàn)的是咳嗽(29%)、呼吸困難(22%)、咽喉痛(16%)或眼部問(wèn)題(12%)，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致死亡(0.6%)。因此，要保證氯氣發(fā)揮好消毒這一重要角色，液氯的安全使用及妥善管理是重要環(huán)節(jié)。

2.3 工藝參數(shù)調(diào)控

氯化消毒對(duì)水中的隱孢子蟲、賈第鞭毛蟲的殺滅效果較差，需要較高的CT值才能達(dá)到預(yù)期效果。但氯殘留過(guò)量會(huì)與尿素分解產(chǎn)生的氨、氮反應(yīng)生成化合物氯胺，二氯胺對(duì)皮膚、眼睛、鼻腔黏膜有刺激，三氯胺有刺激性氣味。因此游泳場(chǎng)所衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)增加了化合性余氯濃度這一項(xiàng)目，限制其濃度不超過(guò)0.4 mg/L[2]。

紫外消毒系統(tǒng)工藝參數(shù)的選擇及調(diào)控，也存在許多問(wèn)題。設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行的情況下，燈管會(huì)老化、結(jié)垢，紫外線劑量分布的均勻性以及穿透率等工藝參數(shù)的取值會(huì)發(fā)生變化，不能保證穩(wěn)定的消毒性能。

采用臭氧消毒時(shí)，由于臭氧具有強(qiáng)氧化性，幾乎能與任何生物組織反應(yīng)，需控制臭氧的產(chǎn)量及殘余尾氣的吸收。若泳池上方空氣中臭氧濃度超標(biāo)，游泳者吸入后，很快與呼吸道的細(xì)胞和組織發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致肺功能衰弱和組織損傷，氧化皮膚中的維生素E，致使皮膚長(zhǎng)斑、起皺。新標(biāo)準(zhǔn)限制了室內(nèi)臭氧濃度不超過(guò)0.2 mg/L[2]。

3 泳池循環(huán)水消毒技術(shù)的發(fā)展

3.1 紫外光催化氧化

光催化主要是通過(guò)產(chǎn)生的羥基自由基來(lái)破壞細(xì)胞膜，氧化細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)并分解DNA，徹底殺死微生物。王曉婷等[14]在紫外消毒器中安裝光催化組件，組建了連續(xù)流動(dòng)式消毒器，以大腸桿菌 (E.coli) 和噬菌體為目標(biāo)物評(píng)價(jià)其消毒能力。研究結(jié)果表明在相同的紫外劑量50 mJ/cm2及初始濃度3.40×106CFU/mL的條件下，經(jīng)光催化處理，E.coli的去除率高于紫外消毒，光復(fù)活率僅為紫外消毒后的17%。同時(shí)光催化設(shè)備具有病毒去除的能力，對(duì)噬菌體F2和MS2的去除率分別為6.37 log10和6.00 log10。由于紫外光和自由基的同時(shí)參與，消毒速度及效果均優(yōu)于紫外消毒，具有較好的應(yīng)用前景。

3.2 電化學(xué)氧化

微電解技術(shù)應(yīng)用于游泳池循環(huán)水凈化系統(tǒng)已有十余年的時(shí)間。其原理是利用低壓電解水和氯化鈉產(chǎn)生的活性氧與活性氯殺菌。目前市面上有電解機(jī)這類產(chǎn)品，發(fā)生器將水、電、鹽組合，現(xiàn)場(chǎng)制備出混合物氧化液，包括HClO，ClO2,Cl2,O3,H2O2及·OH等產(chǎn)物，活性氯和H2O2使池水有持續(xù)的殺菌能力。研究表明，在相同的消毒效果前提下，使用微電解技術(shù)產(chǎn)生的電解消毒液與氯氣相比可降低30%～50%的THMs產(chǎn)生量[15]。微電解技術(shù)還具有降解有機(jī)物的功能?；瘖y品、洗發(fā)產(chǎn)品、汗液等被游泳者帶入池水中，尿素含量檢測(cè)到高達(dá)3.7 mg/L[16]。若池水中存在一定濃度的氯離子，無(wú)需添加電解質(zhì)，電解30 min就能達(dá)到尿素去除率99.5%的效果[17]。

3.3 水力空化

水力空化是指液體通過(guò)一個(gè)有局部收縮結(jié)構(gòu)的裝置(比如多孔板、文丘里管、節(jié)流閥)時(shí)，流速增大，壓力降至飽和蒸汽壓，液體內(nèi)部產(chǎn)生空化泡，當(dāng)周圍壓力迅速恢復(fù)，空化泡瞬間膨脹、潰滅，釋放巨大的能量，同時(shí)產(chǎn)生高溫、高壓環(huán)境。水力空化[18]就是通過(guò)“水相燃燒”反應(yīng)，自由基機(jī)理，空化機(jī)械作用，達(dá)到滅菌目的。

朱孟府等[19]對(duì)水力空化去除微生物和有機(jī)污染物的效果進(jìn)行研究，得到大腸桿菌去除率高于99.99%，COD的去除率達(dá)72.13%的結(jié)果。陳樂(lè)等[20]分別以方形和圓形孔口的多孔板裝置，探究水力空化作用對(duì)大腸桿菌的殺滅效果，結(jié)果表明增加流速、延長(zhǎng)處理時(shí)間、適當(dāng)增多孔口數(shù)量及減小孔口大小均能提高大腸桿菌殺滅率。該技術(shù)采用的裝置簡(jiǎn)單，消毒效果明顯，運(yùn)行成本低，無(wú)二次污染，與超聲空化的作用域小，能量利用率低相比，水力空化技術(shù)具有易于工業(yè)化推廣應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

3.4 工藝組合

各種技術(shù)都存在一定的局限性，在控制好技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本的基礎(chǔ)上，可以考慮將現(xiàn)有的消毒技術(shù)與其他物質(zhì)聯(lián)合使用，達(dá)到提高系統(tǒng)消毒效果的目的。

吳俊奇等[21]探究“O3+H2O2”聯(lián)合的消毒方式對(duì)較高負(fù)荷泳池水的消毒效果，分析了不同濃度配比對(duì)水中氧化還原電位、大腸桿菌、細(xì)菌總數(shù)等指標(biāo)的影響。目前，在北京部分游泳館就采用“O3+UV”組合對(duì)泳池水進(jìn)行消毒。除此之外，一些工業(yè)企業(yè)的中水消毒處理采用“O3+NaClO”方式[22]，我國(guó)某些水廠工程采用“UV+氯制劑”消毒，既滿足了病原微生物的控制要求，又提高了水廠的應(yīng)急能力。以上研究及實(shí)踐證明了聯(lián)合技術(shù)具有良好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

游泳場(chǎng)館根據(jù)其用途、負(fù)荷、所處環(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)要求的不同，針對(duì)實(shí)際情況選擇最適宜的消毒工藝。目前還沒(méi)有一種消毒技術(shù)完美無(wú)缺，不同方法配合使用往往可以起到互補(bǔ)的作用。

在研究新型消毒技術(shù)時(shí)，應(yīng)明確其反應(yīng)機(jī)理，和微生物、有機(jī)物的作用關(guān)系，既要滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到微生物安全性，又要加強(qiáng)對(duì)消毒副產(chǎn)物的毒理學(xué)分析，減少或不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，達(dá)到化學(xué)安全性。