飲用水控釋消毒技術(shù)探討
邊防海島、軍事和人防工事的儲運(yùn)水，供水系統(tǒng)的生活用水以及北方廣大農(nóng)村地區(qū)的水窖水都在不同程度上存在污染、變質(zhì)問題。通常消毒需每天投藥，使用很不方便，F(xiàn)行的持續(xù)飲水消毒方法主要是超氯消毒。超氯消毒，為了維持消毒效果，經(jīng)常施用超過消毒所需最低濃度幾倍甚至幾十倍的量，造成消毒劑浪費(fèi)，毒害人畜或環(huán)境污染。著眼于持續(xù)飲用水消毒保質(zhì)的需要，筆者曾在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，先后提出了微電解消毒保質(zhì)裝置、緩釋消毒棒、半透膜緩釋、消毒緩釋器和控釋消毒等方案。在對各種方案進(jìn)行可行性、經(jīng)濟(jì)性、適用性、安全性、可靠性的分析探討和初步小試的基礎(chǔ)上，提出了控釋消毒這一高效、安全、先進(jìn)、方便、前景十分廣闊的技術(shù)方案。
一、控制釋放技術(shù)及控釋消毒
控制釋放技術(shù)就是在預(yù)期的時間內(nèi)控制某種活性物質(zhì)的釋放速度以在某種體系內(nèi)維持它的濃度。這種技術(shù)已受到工業(yè)界，尤其是制劑業(yè)的廣泛注意。近年來在醫(yī)藥、殺蟲劑、除草劑、動植物生長調(diào)節(jié)劑、生化、環(huán)保等領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。它雖然是一門正在興起的技術(shù)，但有顯著的應(yīng)用前景，尤其在醫(yī)藥、環(huán)保、農(nóng)藥化肥等方面已有很多成功的例子。
控釋消毒是目前國內(nèi)外正在興起的一個新的研究領(lǐng)域。將消毒劑有效成分和載體（通常為高分子材料）結(jié)合在一起，然后置于釋放環(huán)境中，載體中的有效成分通過擴(kuò)散或其它方式釋放到環(huán)境中，而使環(huán)境中有效成分的濃度保持在預(yù)先設(shè)定的范圍。消毒劑的釋放速度往往取決于消毒劑和所用高分子材料的性質(zhì)、環(huán)境條件以及它們之間的結(jié)合形式？蒯屜就ㄟ^載體作用，可有效地、持續(xù)地釋放消毒劑有效成分，使之維持在有效濃度范圍內(nèi)的一個相對穩(wěn)定的水平，消毒劑有效率可達(dá)80－90％。
二、控釋消毒的特性
控釋消毒釋放到環(huán)境中的消毒劑濃度比較穩(wěn)定，不產(chǎn)生鋸齒狀波動，可以在較長時間內(nèi)保持在有效的范圍之內(nèi)，能最有效地利用消毒劑，減少其投放量，進(jìn)而可以降低其副作用，較好地控制了藥物在規(guī)定的安全濃度內(nèi)，因而，大大減少了消毒次數(shù)，便于管理，使用方便，提高了消毒的安全性、經(jīng)濟(jì)性和適用性。同時控釋消毒能減少活性物質(zhì)的揮發(fā)、可精確設(shè)計的特性。但控釋消毒在理論研究和實(shí)際操作上尚不十分成熟。
三、控釋消毒劑的類型、控釋機(jī)理及制備
控釋釋放主要是利用聚合物作為活性制劑的載體或介質(zhì)制成一定的劑型，即制成緩、控釋劑，從而實(shí)現(xiàn)活性制劑的可控釋放。根據(jù)制備過程和釋放機(jī)理的不同，緩、控釋劑可以分為物理型和化學(xué)型。物理型緩、控釋劑是將活性制劑“溶解”（均勻分散）在聚合物中或用其它物理方法使之與聚合物混合成一體而形成的劑型。而化學(xué)型緩、控釋劑是由活性制劑與聚合物通過化學(xué)鍵結(jié)合而成。
實(shí)現(xiàn)消毒劑的控制釋放的方法有多種，目前擴(kuò)散藥物釋放體系在制作和應(yīng)用等方面均優(yōu)于其它活性制劑釋放體系，是目前研究最多、應(yīng)用最廣的體系。它包括存儲器型、混合藥膜型和存儲混合型。
（1）存儲器型：它有兩種形式，膠囊和多孔聚合物系統(tǒng)，前者是將活性制劑包埋在高分子膜中形成膠囊，活性制劑全部被聚合物膜包圍且儲存活性制劑質(zhì)量大于釋放藥物總量，在環(huán)境介質(zhì)相配合協(xié)助下，活性制劑通過高分子膜向環(huán)境中釋放，其釋放速度取決于膜的厚度、組成、擴(kuò)散物質(zhì)的性質(zhì)和環(huán)境條件，隨著這些條件的固定，其釋放速度也就固定了。當(dāng)活性制劑處于飽和狀態(tài)時，可獲得零級恒速釋放，動力學(xué)上符合Fickian擴(kuò)散定律。后者主要包括浸漬多孔材料、中空纖維貯藏、層壓薄膜法等多種方法，選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以控制蓄積在多孔聚合物系統(tǒng)內(nèi)的活性制劑的釋放速度。
這種體系成本較高，加工不方便，但其恒速、可控、對不穩(wěn)定物質(zhì)提供保護(hù)及其對液體的包覆能力，使其在水的消毒保質(zhì)等環(huán)保領(lǐng)域有著很大的潛力和不可替代的優(yōu)勢。無控釋膜的貯藏型體系在飲用水的消毒保質(zhì)上，特別是在不穩(wěn)定優(yōu)良消毒劑的固定化上，也有著良好的應(yīng)用前景，是一種簡便易行的方法。
制備時可將消毒劑（二氯異氰尿酸鈉等）用聚乙烯醇、乙烯－醋酸乙烯酯（FVA）等不可降解或可生物降解，如聚乳酸低聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯、乙交酯－丙交酯共聚物等進(jìn)行包覆，制得相應(yīng)的不可降解型或可降解型有膜控釋消毒劑。另外也可用中空纖維、多孔聚合物基材吸收貯存消毒劑，制成無控釋膜的體系。如可采用聚乳酸低聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯等可生物降解聚合物為載體，利用控制釋放原理，制備控釋長效消毒劑。
（2）混合藥膜型：活性制劑均勻分散或溶解在基材聚合物中，活性制劑通過體系中微孔擴(kuò)散釋放，機(jī)理較為復(fù)雜，釋放初期存在暴釋現(xiàn)象，釋放一般是按一級動力學(xué)進(jìn)行的，達(dá)不到零級釋放目的。釋放速率與其表面積有關(guān)。體系制備過程簡單，成本較低，效果可靠，有一定的控釋期，是目前研究開發(fā)較多的體系。
制備時可將活性制劑（二氯異氰尿酸鈉等）經(jīng)聚乙二醇等材料表面改性后，與聚乙烯、聚乙烯醇、乙烯－醋酸乙烯酯（EVA）等無毒基材共混，利用壓模、注模、擠出、壓延或鑄模等常用的成型手段成型。
（3）存儲混合型：它是混合藥膜型和存貯器型結(jié)合起來，也就是在混合膜表面用物理或化學(xué)進(jìn)行涂層或包裹。即可消除初期的暴釋，又不存在膜破裂的危險，并可通過涂層材料的選擇得到零級釋放體系，這是目前前景看好的劑型。
制備時可將活性制劑（二氧異氰尿酸鈉等）與有關(guān)聚合物共混成膜后，用聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合，聚乳酸包覆涂層。
四、控釋消毒技術(shù)的應(yīng)用
目前控釋（緩釋）消毒在水的持續(xù)消毒上有一些初步的應(yīng)用：
（1）粘土負(fù)載K2FeO4緩釋劑：賈漢東等研制的粘土負(fù)載K2FeO4緩釋劑，提高了K2FeO4穩(wěn)定性，且能使FeO42-緩慢釋放，為K2FeO4用于飲水凈化、游泳池、養(yǎng)魚池水體殺菌消毒等，找到一條切實(shí)可行的途徑。這種體系屬于存儲器型的多孔聚合物形式，它為不穩(wěn)定優(yōu)良消毒劑的穩(wěn)定化提供了一種簡便可行方法。
（2）二氯異氰尿酸緩釋消毒劑：李平等人研制的用于對邊防海島儲水消毒的飲水緩釋消毒劑，屬混合藥膜型，是由消毒劑二氯異氰尿酸、粘合劑聚乙烯醇及添加劑硬脂酸鎂組成，緩釋期可達(dá)8－13天，一次投藥可連續(xù)消毒35天，效果可靠，使用方便。
（3）二氯異氰酸鈉緩釋消毒劑：由英才等人將二氯異氰酸鈉與乙烯醇（PVA）進(jìn)行共混后再用聚丙交酯（PLA）、聚甲基丙烯甲酯（PMMA）等進(jìn)行包膜，使其釋放周期可控制在4－2000h間。這種體系屬于存儲混合型，效果很好，但工藝復(fù)雜。
五、結(jié)語
目前國內(nèi)外，對飲水的控釋消毒技術(shù)研究很少見報導(dǎo)，但控釋消毒技術(shù)適應(yīng)了未來水的消毒保質(zhì)的趨勢，筆者也曾與南京大學(xué)表面與界面技術(shù)研究中心合作，對研制系列高效、廣譜、持久、無毒、無副作用、廉價的殺菌滅藻控釋長效消毒劑進(jìn)行了部分預(yù)研工作。覺得開展這一工作的研究不僅有一定的理論意義，而且具有較大的現(xiàn)實(shí)開發(fā)價值和廣闊的應(yīng)用空間。
（1）控釋長效飲水消毒劑，對飲水消毒、藥劑學(xué)、表面和界面化學(xué)研究起到較好的推動作用。
（2）可有效解決消毒劑的持久、高效性、安全性、方便性和貯存運(yùn)輸?shù)膯栴}。
（3）控釋消毒劑型，具有藥物的釋放速率可預(yù)測、可精確設(shè)計，藥物的有效時間長、效果好、減少了藥物的消耗量，安全、高效、無毒、無副作用、貯存使用方便，適應(yīng)了飲水消毒的發(fā)展趨勢和現(xiàn)代人對水質(zhì)的本質(zhì)需求，科學(xué)、實(shí)用、可靠，前景誘人。
（4）可廣泛用于邊防海島、野營給水、不防工程、國際工程等飲用水及水戰(zhàn)備水源的消毒保質(zhì)，也可用于水箱、水池、深井、水窯等飲用水及儲水的消毒保質(zhì)。
（5）水處理的日常監(jiān)測和維護(hù)管理比藥劑本身的性能和質(zhì)量更重要。采用控制釋放技術(shù)控釋消毒劑型，既可對水進(jìn)行有效消毒保質(zhì)，又將分析監(jiān)測、操作管理等的工作量減到最低程度，具有極好的發(fā)展和應(yīng)用前景。相信集傳感器，處理及執(zhí)行功能于一體，可根據(jù)水中某一指標(biāo)變化而智能化釋放消毒物質(zhì)的體系也會在不久的將來出現(xiàn)，并應(yīng)用于飲水的持續(xù)消毒。
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