飲用水控釋消毒技術探討
邊防海島、軍事和人防工事的儲運水，供水系統的生活用水以及北方廣大農村地區的水窖水都在不同程度上存在污染、變質問題。通常消毒需每天投藥，使用很不方便。現行的持續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，毒害人畜或環境污染。著眼于持續飲用水消毒保質的需要，筆者曾在導師的指導下，先后提出了微電解消毒保質裝置、緩釋消毒棒、半透膜緩釋、消毒緩釋器和控釋消毒等方案。在對各種方案進行可行性、經濟性、適用性、安全性、可靠性的分析探討和初步小試的基礎上，提出了控釋消毒這一高效、安全、先進、方便、前景十分廣闊的技術方案。
一、控制釋放技術及控釋消毒
控制釋放技術就是在預期的時間內控制某種活性物質的釋放速度以在某種體系內維持它的濃度。這種技術已受到工業界，尤其是制劑業的廣泛注意。近年來在醫藥、殺蟲劑、除草劑、動植物生長調節劑、生化、環保等領域內得到廣泛應用。它雖然是一門正在興起的技術，但有顯著的應用前景，尤其在醫藥、環保、農藥化肥等方面已有很多成功的例子。
控釋消毒是目前國內外正在興起的一個新的研究領域。將消毒劑有效成分和載體（通常為高分子材料）結合在一起，然后置于釋放環境中，載體中的有效成分通過擴散或其它方式釋放到環境中，而使環境中有效成分的濃度保持在預先設定的范圍。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、環境條件以及它們之間的結合形式。控釋消毒通過載體作用，可有效地、持續地釋放消毒劑有效成分，使之維持在有效濃度范圍內的一個相對穩定的水平，消毒劑有效率可達80－90％。
二、控釋消毒的特性
控釋消毒釋放到環境中的消毒劑濃度比較穩定，不產生鋸齒狀波動，可以在較長時間內保持在有效的范圍之內，能最有效地利用消毒劑，減少其投放量，進而可以降低其副作用，較好地控制了藥物在規定的安全濃度內，因而，大大減少了消毒次數，便于管理，使用方便，提高了消毒的安全性、經濟性和適用性。同時控釋消毒能減少活性物質的揮發、可精確設計的特性。但控釋消毒在理論研究和實際操作上尚不十分成熟。
三、控釋消毒劑的類型、控釋機理及制備
控釋釋放主要是利用聚合物作為活性制劑的載體或介質制成一定的劑型，即制成緩、控釋劑，從而實現活性制劑的可控釋放。根據制備過程和釋放機理的不同，緩、控釋劑可以分為物理型和化學型。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。而化學型緩、控釋劑是由活性制劑與聚合物通過化學鍵結合而成。
實現消毒劑的控制釋放的方法有多種，目前擴散藥物釋放體系在制作和應用等方面均優于其它活性制劑釋放體系，是目前研究最多、應用最廣的體系。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，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量大于釋放藥物總量，在環境介質相配合協助下，活性制劑通過高分子膜向環境中釋放，其釋放速度取決于膜的厚度、組成、擴散物質的性質和環境條件，隨著這些條件的固定，其釋放速度也就固定了。當活性制劑處于飽和狀態時，可獲得零級恒速釋放，動力學上符合Fickian擴散定律。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，選擇合適的結構參數可以控制蓄積在多孔聚合物系統內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、對不穩定物質提供保護及其對液體的包覆能力，使其在水的消毒保質等環保領域有著很大的潛力和不可替代的優勢。無控釋膜的貯藏型體系在飲用水的消毒保質上，特別是在不穩定優良消毒劑的固定化上，也有著良好的應用前景，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-己內酯、乙交酯－丙交酯共聚物等進行包覆，制得相應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散釋放，機理較為復雜，釋放初期存在暴釋現象，釋放一般是按一級動力學進行的，達不到零級釋放目的。釋放速率與其表面積有關。體系制備過程簡單，成本較低，效果可靠，有一定的控釋期，是目前研究開發較多的體系。
制備時可將活性制劑（二氯異氰尿酸鈉等）經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合起來，也就是在混合膜表面用物理或化學進行涂層或包裹。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、控釋消毒技術的應用
目前控釋（緩釋）消毒在水的持續消毒上有一些初步的應用：
（1）粘土負載K2FeO4緩釋劑：賈漢東等研制的粘土負載K2FeO4緩釋劑，提高了K2FeO4穩定性，且能使FeO42-緩慢釋放，為K2FeO4用于飲水凈化、游泳池、養魚池水體殺菌消毒等，找到一條切實可行的途徑。這種體系屬于存儲器型的多孔聚合物形式，它為不穩定優良消毒劑的穩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8－13天，一次投藥可連續消毒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）進行共混后再用聚丙交酯（PLA）、聚甲基丙烯甲酯（PMMA）等進行包膜，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，但工藝復雜。
五、結語
目前國內外，對飲水的控釋消毒技術研究很少見報導，但控釋消毒技術適應了未來水的消毒保質的趨勢，筆者也曾與南京大學表面與界面技術研究中心合作，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行了部分預研工作。覺得開展這一工作的研究不僅有一定的理論意義，而且具有較大的現實開發價值和廣闊的應用空間。
（1）控釋長效飲水消毒劑，對飲水消毒、藥劑學、表面和界面化學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、方便性和貯存運輸的問題。
（3）控釋消毒劑型，具有藥物的釋放速率可預測、可精確設計，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，適應了飲水消毒的發展趨勢和現代人對水質的本質需求，科學、實用、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備水源的消毒保質，也可用于水箱、水池、深井、水窯等飲用水及儲水的消毒保質。
（5）水處理的日常監測和維護管理比藥劑本身的性能和質量更重要。采用控制釋放技術控釋消毒劑型，既可對水進行有效消毒保質，又將分析監測、操作管理等的工作量減到最低程度，具有極好的發展和應用前景。相信集傳感器，處理及執行功能于一體，可根據水中某一指標變化而智能化釋放消毒物質的體系也會在不久的將來出現，并應用于飲水的持續消毒。
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