泳池池水常用凈水法及新技術(shù)的開發(fā)

王旭楠，謝寶龍，曹軍瑞

(自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

1 前言

隨著游泳運(yùn)動(dòng)的普及，游泳池水質(zhì)安全問題越來越得到人們的重視。為了殺滅泳池水中的病毒和微生物，我國目前有很多種措施來凈化泳池水質(zhì)，但是其中一些方法在實(shí)施的過程中可能會(huì)在水中有殘留物，從而進(jìn)一步影響游泳人群在水中的呼吸和健康。在之前我國廣泛采用氯化消毒[1]方式對(duì)游泳池進(jìn)行消毒，然而在消毒過程中會(huì)生成氯化消毒副產(chǎn)物對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在的影響與威脅。國內(nèi)關(guān)于凈化的研究大多數(shù)都是針對(duì)飲用水和廢水而展開的，雖然泳池衛(wèi)生情況一直受到人們的關(guān)注，但關(guān)于泳池水質(zhì)凈化[2]的研究卻相對(duì)較少。文章就泳池凈化方法的種類以及不同方法對(duì)泳池池水水質(zhì)的特點(diǎn)和潛在影響展開討論。同時(shí)也綜合多種因素，并結(jié)合泳池水的特點(diǎn)提供了實(shí)施性更強(qiáng)的泳池凈化法，分析產(chǎn)生水體污染的因素，除了在源頭上合理控制非自然因素產(chǎn)生的泳池水體污染物以外，還針對(duì)現(xiàn)存的泳池處理問題，設(shè)計(jì)了藻基動(dòng)態(tài)膜[3]泳池凈化技術(shù)，發(fā)揮預(yù)涂動(dòng)態(tài)膜機(jī)制，是水處理領(lǐng)域的多學(xué)科交叉研究方向，具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。

2 項(xiàng)目研究背景

游泳是一項(xiàng)集娛樂、健身為一體的體育運(yùn)動(dòng)，隨著近年來游泳這一運(yùn)動(dòng)普及程度的擴(kuò)大，游泳的場(chǎng)所數(shù)量也相應(yīng)的急劇增加，在游泳運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過程中，也出現(xiàn)了很多趣味性更強(qiáng)的水中娛樂項(xiàng)目，水療、溫泉、海水浴等類似項(xiàng)目也在同一時(shí)間大量出現(xiàn)，水中娛樂已經(jīng)是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚膴蕵讽?xiàng)目。在參加水上集體活動(dòng)的次數(shù)越來越多，頻率越來越高，水質(zhì)成為一個(gè)不容忽視的問題。因此，保證池水的水質(zhì)成為了水中娛樂項(xiàng)目相關(guān)行業(yè)必須正視的問題。一般的池水凈水處理系統(tǒng)是由泳池水過濾[4]、消毒殺菌和加熱三個(gè)部分構(gòu)成，經(jīng)過所有步驟處理后的泳池水各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)該在《游泳池水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)指標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)。因?yàn)橛境刂械娜巳荷眢w狀態(tài)不確定因素較多，無法避免的會(huì)將各種細(xì)菌、病毒或者微生物帶到公共活動(dòng)區(qū)域。如果不能夠在一定時(shí)間之內(nèi)對(duì)面積范圍的泳池水質(zhì)采取實(shí)時(shí)的檢測(cè)和污水[5]的處理，以保持良好的池水衛(wèi)生狀態(tài)，則會(huì)給在水中活動(dòng)的人群帶來極大的健康風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。除了無法避免的由人群帶入的外界污染因素，池水如果不能定期清理，在游泳池池壁上會(huì)有一些微生物、菌落、藻類的生成，如果長期忽視池壁的滋生生物，有可能會(huì)影響整個(gè)池水的平衡從而導(dǎo)致正常的水循環(huán)處理無法達(dá)到預(yù)期的水質(zhì)潔凈度，持續(xù)加重池水的污染。

然而，以運(yùn)動(dòng)為目的的人群聚集在同一泳池中，其運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定了整個(gè)持續(xù)的過程都會(huì)將身體皮膚浸入于池水當(dāng)中，如果在不能保證池水衛(wèi)生的情況下，相當(dāng)于人體皮膚有可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)集中接觸到多種未知細(xì)菌病毒或者其他化學(xué)物質(zhì)。由此水中多種不確定的有害物質(zhì)可通過皮膚接觸[6]、呼吸吸入和直接吞咽等多種途徑進(jìn)入到人體中，影響人群的健康。因此，保證安全的水質(zhì)環(huán)境是非常必要的。如何通過安全又有效的處理方法來保證池水中的有害污染物能夠去除，為在池水中的鍛煉人群提供衛(wèi)生且舒適的環(huán)境，是需要不斷從源頭去分析問題，確定研究方向，改進(jìn)處理方法的。

2.1 游泳池水的污染源以及池水污染引起的疾病

2.2.1 泳池污染源

游泳池分為室內(nèi)和室外兩種不同類型的場(chǎng)地。室內(nèi)的泳池池水主要污染源分兩種：一種是來自人體本身的分泌物和排泄物：另一種是泳池場(chǎng)地的管理不到位(包括池水水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、工作人員按時(shí)進(jìn)行池水的清潔以及衛(wèi)生狀況的不到位)也會(huì)讓其他污染源成為影響水質(zhì)的因素(如微生物、病毒、有害化學(xué)物質(zhì)等)。

室外游泳池的污染[7]源因素較多且不確定性較強(qiáng)，主要分為兩種：一種是游泳人群在水中鍛煉過程中人體自身會(huì)產(chǎn)生汗液、唾液等；另一種是室外游泳池受環(huán)境中的自然因素影響，如植物的枯枝敗葉、雨雪溶于池水中、長期暴露于空氣中、灰塵、飛蟲、病毒等。

2.2.2 泳池水污染引起的常見疾病

在一般情況下，在進(jìn)入公共游泳池之前做好個(gè)人的安全防護(hù)措施，如果泳池池水是經(jīng)過正常的維護(hù)和清潔消毒處理的，在游泳過程中由外界因素的影響患傳染疾病的因素是很小的。一旦無法保證泳池池水水質(zhì)的安全性，它就會(huì)成為各種疾病的主要發(fā)生和傳播途徑。因人體在水中暴露的皮膚面積較大，在接觸相關(guān)有害病毒的情況下，有一定患皮癬類皮膚傳染病的幾率。由于游泳過程中需要換氣的原因，面部也會(huì)進(jìn)入到水下，而面部的五官所暴露的粘膜非常脆弱，直接接觸到被污染的泳池池水增加了患傳染性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如傳染性結(jié)膜炎、咽炎、氣管炎等疾病。傳染性結(jié)膜炎[9]是極其常見且傳染性極強(qiáng)的粘膜傳染病，一旦由泳池池水此媒介傳播出去，感染率高、發(fā)病性強(qiáng)。

3 游泳池水的消毒方法及常用消毒劑

3.1 氯化消毒

在泳池池水凈化中，經(jīng)常用到的是方法是氯化消毒，它的消毒效果好、運(yùn)用方便、價(jià)格低廉。氯在水中會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，反應(yīng)生成的次氯酸有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿過水中有害微生物的細(xì)胞壁，在其體內(nèi)達(dá)到破壞生物活性的的目的，從而減少池水微生物的數(shù)量。另一過程則是，氯在水中反應(yīng)生成的次氯酸[10]，釋放新生態(tài)氧，它和水中的鹽類和某些有機(jī)物腐敗后產(chǎn)生的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，就可以讓以此為營養(yǎng)支持的微生物無法正常攝入能量，使其終止生命活動(dòng)，達(dá)到消除微生物的目的。

氯化消毒消毒劑。(1) 液氯。液氯價(jià)格低廉，可以進(jìn)行持續(xù)消毒，并且消毒功能強(qiáng)，同時(shí)還有很好的除菌效果，大型泳池會(huì)經(jīng)常用液氯消毒。但在使用液氯過程中需要有完備的安全措施，投放時(shí)也應(yīng)當(dāng)使用專業(yè)的設(shè)備，由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的人員進(jìn)行操作。液氯的危險(xiǎn)系數(shù)高，不但操作過程不方便，而且在運(yùn)用于泳池池水的清潔消毒后，其殘留物可能會(huì)對(duì)游泳人群的皮膚、眼睛等產(chǎn)生刺激。因此逐漸被其他產(chǎn)品替代。(2) 次氯酸鈣(漂白粉)。呈現(xiàn)的物理狀態(tài)為顆粒狀或片狀，在酸性環(huán)境中殺菌能力強(qiáng)、速度快。但其產(chǎn)品不穩(wěn)定，在光照、潮濕和高溫條件下會(huì)與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，為產(chǎn)品的儲(chǔ)存帶來很多不便。使用過程中會(huì)產(chǎn)生沉淀和氣味，對(duì)人體呼吸道形成不利影響并且在處理過程中容易堵塞管道。(3) 三氯異氰尿酸(強(qiáng)氯精)。是一種高效、快速、低毒性能穩(wěn)定的殺菌消毒劑，除了可以殺死各種有害細(xì)菌，對(duì)艾滋病等傳播性強(qiáng)的性病也有效，因此在國際上得到了推廣和應(yīng)用。并且泳池中它的使用對(duì)人體皮膚及眼睛刺激性較小，保證了游泳人群的安全性。三氯異氰尿酸狀態(tài)穩(wěn)定，易儲(chǔ)存，應(yīng)用廣泛。

3.2 臭氧消毒

臭氧在常溫下呈現(xiàn)狀態(tài)為淡藍(lán)色氣體，有特殊氣味，密度大于空氣，具有較強(qiáng)的氧化能力。但臭氧性質(zhì)并不穩(wěn)定，當(dāng)它和水接觸時(shí)，反應(yīng)生成氧化能力很強(qiáng)的自由基，這種自由基不僅可以破壞分解細(xì)胞壁，還能快速地進(jìn)入細(xì)胞，分解大分子聚合物并破壞細(xì)代謝和繁殖過程，使細(xì)菌死亡，達(dá)到滅菌的效果。

臭氧的殺菌[11]的速度要比液氯、二氧化氯要快一些，并對(duì)多種菌群有極強(qiáng)的滅活性，而且在消毒殺菌的同時(shí)還能達(dá)到去色、去味的效果，幾乎沒有其它副產(chǎn)物產(chǎn)生，經(jīng)臭氧消毒[12]過的水不會(huì)產(chǎn)生二次污染。但是臭氧是不會(huì)穩(wěn)定存在的，泳池池水中不能長時(shí)間起作用，所以，并不能保持消毒的時(shí)間，還需要其他輔助性的消毒劑維持水質(zhì)。

3.3 紫外線消毒

紫外線是波長處于10 nm～400 nm之間的光波，波長處于200 nm～275 nm的紫外線被稱為殺菌紫外線[8]，而在實(shí)際應(yīng)用于水處理過程中通常采用254 nm的UVC來達(dá)到殺菌消毒的效果。紫外線消毒對(duì)微生物，使微生物喪失繁殖能力，可以殺死水中存在的病毒、細(xì)菌、水藻和和寄生蟲等，最終達(dá)到殺菌消毒的目的。

國外將紫外線[13]消毒應(yīng)用于泳池水處理己經(jīng)有多年的歷史，在歐洲以及澳大利亞等國家的一些公共游泳池及水上樂園中已經(jīng)成功應(yīng)用。紫外線的消毒能力強(qiáng)于液氯，殺菌速度快、消毒時(shí)間短，可以有效殺滅一般消毒過程中不能去除的某些病毒以及原生動(dòng)物，消毒時(shí)無氣味且不產(chǎn)生有機(jī)鹵代物等副產(chǎn)物，水的物理化學(xué)性質(zhì)基本上也不會(huì)受到破壞，對(duì)人體無刺激作用。紫外線消毒缺乏持續(xù)殺菌能力，通常需要輔助氯等消毒方法來維持持續(xù)殺菌消毒的效果，除此之外，紫外線是通過輻射作用進(jìn)行殺菌[14]，渾濁度大、懸浮物濃度過高的水會(huì)使紫外線的穿透能力降低，進(jìn)而降低其殺菌能力，從而影響水的消毒效果，因此必須保證水質(zhì)的清澈。

3.4 動(dòng)態(tài)膜凈水

動(dòng)態(tài)膜一般是投加預(yù)涂劑到溶液當(dāng)中或者利用原液本身通過過濾作用在多孔基膜表面形成的一層新膜。動(dòng)態(tài)膜的形成過程其實(shí)就是膜的污染過程。其形成過程如下：動(dòng)態(tài)膜[3]的制備使用過濾裝置，通過對(duì)懸浮液或膠體溶液過濾來形成。在初始階段，粒徑比膜孔徑小的粒子進(jìn)入膜孔中，而粒徑比膜孔大的粒子沉積在膜的表面形成濾餅層或者凝膠層，一直到小粒子不能通過濾餅層進(jìn)入基膜孔中，動(dòng)態(tài)膜就能形成。其實(shí)質(zhì)就是在各種機(jī)理作用下粒子在載體表面形成一層過濾性質(zhì)的濾餅層，其過濾[16]性能超過了基膜。

利用動(dòng)態(tài)膜技術(shù)可增強(qiáng)過濾性能，提高出水水質(zhì)、降低反沖洗難度。但與非動(dòng)態(tài)膜相比，動(dòng)態(tài)膜技術(shù)還不夠成熟，在動(dòng)態(tài)膜預(yù)涂材料選擇、成膜條件優(yōu)化等方面還需做進(jìn)一步研究，此外動(dòng)態(tài)膜技術(shù)在泳池水處理中的應(yīng)用還未曾見報(bào)導(dǎo)，因此，開展預(yù)涂動(dòng)態(tài)膜在泳池凈化中的應(yīng)用研究對(duì)于提高泳池出水水質(zhì)、降低系統(tǒng)能耗具有重要意義，藻基動(dòng)態(tài)膜技術(shù)將成為高效節(jié)能的池水處理新技術(shù)。

4 結(jié)論

隨著游泳運(yùn)動(dòng)的普及，泳池水質(zhì)成為游泳館的核心競爭力之一, 這更是影響泳池安全的關(guān)鍵因素，避免水質(zhì)受到污染而引起傳染病的爆發(fā)。因此未來應(yīng)針對(duì)游泳池水質(zhì)狀況及特點(diǎn)進(jìn)行更深入和系統(tǒng)的研究。藻基泳池凈化技術(shù)的設(shè)計(jì)開發(fā)與應(yīng)用前景十分廣闊，市場(chǎng)潛力巨大，該研究創(chuàng)新性地使用板式過濾與自主研發(fā)的藻基凈水劑相結(jié)合，將預(yù)涂動(dòng)態(tài)膜技術(shù)引入設(shè)計(jì)，最終得到藻基動(dòng)態(tài)膜泳池凈化技術(shù)，開拓泳池凈化市場(chǎng)。

隨著我國居民生活質(zhì)量的不斷提升，游泳池需求量不斷增加，其中，泳池凈化是其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，多種消毒劑在泳池池水中使用后產(chǎn)生的有害副產(chǎn)物。藻基動(dòng)態(tài)膜技術(shù)有望作為一種高效節(jié)能新技術(shù)用于泳池水處理，目前動(dòng)態(tài)膜在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入工程研究階段，增加對(duì)國內(nèi)外相關(guān)研究，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)泳池的穩(wěn)定和高效凈化，開拓相關(guān)市場(chǎng)。當(dāng)然，保證公共泳池的水質(zhì)潔凈，除了政府加強(qiáng)監(jiān)管，商家的及時(shí)檢測(cè)和凈化消毒，更離不開游泳參與者的積極配合，一方面可以更多地利用網(wǎng)絡(luò)媒體傳播手段，充分發(fā)揮社會(huì)監(jiān)督作用[17]，為更廣大人群提供便捷，讓游泳人群能夠切實(shí)的體驗(yàn)到水質(zhì)環(huán)境的改善；另一方面消費(fèi)者自身也要提高文明素質(zhì)，主動(dòng)維護(hù)好公共泳池的衛(wèi)生清潔，共同創(chuàng)造安全舒適的運(yùn)動(dòng)環(huán)境。