饮用水控释消毒技术探讨
边防海岛、军事和人防工事的储运水，供水系统的生活用水以及北方广大农村地区的水窖水都在不同程度上存在污染、变质问题。通常消毒需每天投药，使用很不方便。现行的持续饮水消毒方法主要是超氯消毒。超氯消毒，为了维持消毒效果，经常施用超过消毒所需最低浓度几倍甚至几十倍的量，造成消毒剂浪费，毒害人畜或环境污染。着眼于持续饮用水消毒保质的需要，笔者曾在导师的指导下，先后提出了微电解消毒保质装置、缓释消毒棒、半透膜缓释、消毒缓释器和控释消毒等方案。在对各种方案进行可行性、经济性、适用性、安全性、可靠性的分析探讨和初步小试的基础上，提出了控释消毒这一高效、安全、先进、方便、前景十分广阔的技术方案。
一、控制释放技术及控释消毒
控制释放技术就是在预期的时间内控制某种活性物质的释放速度以在某种体系内维持它的浓度。这种技术已受到工业界，尤其是制剂业的广泛注意。近年来在医药、杀虫剂、除草剂、动植物生长调节剂、生化、环保等领域内得到广泛应用。它虽然是一门正在兴起的技术，但有显著的应用前景，尤其在医药、环保、农药化肥等方面已有很多成功的例子。
控释消毒是目前国内外正在兴起的一个新的研究领域。将消毒剂有效成分和载体（通常为高分子材料）结合在一起，然后置于释放环境中，载体中的有效成分通过扩散或其它方式释放到环境中，而使环境中有效成分的浓度保持在预先设定的范围。消毒剂的释放速度往往取决于消毒剂和所用高分子材料的性质、环境条件以及它们之间的结合形式。控释消毒通过载体作用，可有效地、持续地释放消毒剂有效成分，使之维持在有效浓度范围内的一个相对稳定的水平，消毒剂有效率可达80－90％。
二、控释消毒的特性
控释消毒释放到环境中的消毒剂浓度比较稳定，不产生锯齿状波动，可以在较长时间内保持在有效的范围之内，能最有效地利用消毒剂，减少其投放量，进而可以降低其副作用，较好地控制了药物在规定的安全浓度内，因而，大大减少了消毒次数，便于管理，使用方便，提高了消毒的安全性、经济性和适用性。同时控释消毒能减少活性物质的挥发、可精确设计的特性。但控释消毒在理论研究和实际操作上尚不十分成熟。
三、控释消毒剂的类型、控释机理及制备
控释释放主要是利用聚合物作为活性制剂的载体或介质制成一定的剂型，即制成缓、控释剂，从而实现活性制剂的可控释放。根据制备过程和释放机理的不同，缓、控释剂可以分为物理型和化学型。物理型缓、控释剂是将活性制剂“溶解”（均匀分散）在聚合物中或用其它物理方法使之与聚合物混合成一体而形成的剂型。而化学型缓、控释剂是由活性制剂与聚合物通过化学键结合而成。
实现消毒剂的控制释放的方法有多种，目前扩散药物释放体系在制作和应用等方面均优于其它活性制剂释放体系，是目前研究最多、应用最广的体系。它包括存储器型、混合药膜型和存储混合型。
（1）存储器型：它有两种形式，胶囊和多孔聚合物系统，前者是将活性制剂包埋在高分子膜中形成胶囊，活性制剂全部被聚合物膜包围且储存活性制剂质量大于释放药物总量，在环境介质相配合协助下，活性制剂通过高分子膜向环境中释放，其释放速度取决于膜的厚度、组成、扩散物质的性质和环境条件，随着这些条件的固定，其释放速度也就固定了。当活性制剂处于饱和状态时，可获得零级恒速释放，动力学上符合Fickian扩散定律。后者主要包括浸渍多孔材料、中空纤维贮藏、层压薄膜法等多种方法，选择合适的结构参数可以控制蓄积在多孔聚合物系统内的活性制剂的释放速度。
这种体系成本较高，加工不方便，但其恒速、可控、对不稳定物质提供保护及其对液体的包覆能力，使其在水的消毒保质等环保领域有着很大的潜力和不可替代的优势。无控释膜的贮藏型体系在饮用水的消毒保质上，特别是在不稳定优良消毒剂的固定化上，也有着良好的应用前景，是一种简便易行的方法。
制备时可将消毒剂（二氯异氰尿酸钠等）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-己内酯、乙交酯－丙交酯共聚物等进行包覆，制得相应的不可降解型或可降解型有膜控释消毒剂。另外也可用中空纤维、多孔聚合物基材吸收贮存消毒剂，制成无控释膜的体系。如可采用聚乳酸低聚乳酸、聚ε-己内酯等可生物降解聚合物为载体，利用控制释放原理，制备控释长效消毒剂。
（2）混合药膜型：活性制剂均匀分散或溶解在基材聚合物中，活性制剂通过体系中微孔扩散释放，机理较为复杂，释放初期存在暴释现象，释放一般是按一级动力学进行的，达不到零级释放目的。释放速率与其表面积有关。体系制备过程简单，成本较低，效果可靠，有一定的控释期，是目前研究开发较多的体系。
制备时可将活性制剂（二氯异氰尿酸钠等）经聚乙二醇等材料表面改性后，与聚乙烯、聚乙烯醇、乙烯－醋酸乙烯酯（EVA）等无毒基材共混，利用压模、注模、挤出、压延或铸模等常用的成型手段成型。
（3）存储混合型：它是混合药膜型和存贮器型结合起来，也就是在混合膜表面用物理或化学进行涂层或包裹。即可消除初期的暴释，又不存在膜破裂的危险，并可通过涂层材料的选择得到零级释放体系，这是目前前景看好的剂型。
制备时可将活性制剂（二氧异氰尿酸钠等）与有关聚合物共混成膜后，用聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合，聚乳酸包覆涂层。
四、控释消毒技术的应用
目前控释（缓释）消毒在水的持续消毒上有一些初步的应用：
（1）粘土负载K2FeO4缓释剂：贾汉东等研制的粘土负载K2FeO4缓释剂，提高了K2FeO4稳定性，且能使FeO42-缓慢释放，为K2FeO4用于饮水净化、游泳池、养鱼池水体杀菌消毒等，找到一条切实可行的途径。这种体系属于存储器型的多孔聚合物形式，它为不稳定优良消毒剂的稳定化提供了一种简便可行方法。
（2）二氯异氰尿酸缓释消毒剂：李平等人研制的用于对边防海岛储水消毒的饮水缓释消毒剂，属混合药膜型，是由消毒剂二氯异氰尿酸、粘合剂聚乙烯醇及添加剂硬脂酸镁组成，缓释期可达8－13天，一次投药可连续消毒35天，效果可靠，使用方便。
（3）二氯异氰酸钠缓释消毒剂：由英才等人将二氯异氰酸钠与乙烯醇（PVA）进行共混后再用聚丙交酯（PLA）、聚甲基丙烯甲酯（PMMA）等进行包膜，使其释放周期可控制在4－2000h间。这种体系属于存储混合型，效果很好，但工艺复杂。
五、结语
目前国内外，对饮水的控释消毒技术研究很少见报导，但控释消毒技术适应了未来水的消毒保质的趋势，笔者也曾与南京大学表面与界面技术研究中心合作，对研制系列高效、广谱、持久、无毒、无副作用、廉价的杀菌灭藻控释长效消毒剂进行了部分预研工作。觉得开展这一工作的研究不仅有一定的理论意义，而且具有较大的现实开发价值和广阔的应用空间。
（1）控释长效饮水消毒剂，对饮水消毒、药剂学、表面和界面化学研究起到较好的推动作用。
（2）可有效解决消毒剂的持久、高效性、安全性、方便性和贮存运输的问题。
（3）控释消毒剂型，具有药物的释放速率可预测、可精确设计，药物的有效时间长、效果好、减少了药物的消耗量，安全、高效、无毒、无副作用、贮存使用方便，适应了饮水消毒的发展趋势和现代人对水质的本质需求，科学、实用、可靠，前景诱人。
（4）可广泛用于边防海岛、野营给水、不防工程、国际工程等饮用水及水战备水源的消毒保质，也可用于水箱、水池、深井、水窑等饮用水及储水的消毒保质。
（5）水处理的日常监测和维护管理比药剂本身的性能和质量更重要。采用控制释放技术控释消毒剂型，既可对水进行有效消毒保质，又将分析监测、操作管理等的工作量减到最低程度，具有极好的发展和应用前景。相信集传感器，处理及执行功能于一体，可根据水中某一指标变化而智能化释放消毒物质的体系也会在不久的将来出现，并应用于饮水的持续消毒。
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