引言
游泳對現代人而言是運動也是休閒, 是運動所以要求水的健康, 是休閒所以要求水的品質,在民營游泳池的合法化下更促進游泳人口的增加, 相對於市埸的潛力之下, 人工淨化的游泳池已是目前新興熱門行業, 而游泳的主體--水, 也在競爭的市埸下再度成為討論的話題,其中消毒, 殺菌, 混濁, 長綠藻, 變色, 氯臭味等一再被提及, 惟有酸鹼值pH 一項未受重視, 而此正是導致一切問題的根源, 本文特針對此作實際應用說明.
酸鹼值pH 概念
酸與鹼在最初是以其於味覺( TESTE ) 上的不同而有所區別, 後來的發展成為氫離子濃度的 -log 值為代表, 簡單的說: 能夠提供氫離子的物質, 我們稱它作酸, 能提供氫氧離子的物質, 我們稱它為鹼. 例如醋, 檸檬我們可以直接感覺它是酸性的, 澀澀的, 鹼性的蘇打,鹼液則不太能察覺,只是皮膚接觸時有滑滑的感覺, 另外, 鹼與鹹是絕對不同的, 鹹是由一種叫作氯化鈉, 俗稱鹽巴的化學物質, 在味蕾上的感覺描述, 因此, 酸與鹼可以互相中和, 但是鹹卻只能用水或甜或其它有味覺反應的東西來淡化與轉移味蕾凡感覺, 在數學的表示方法上, 酸鹼值pH 的範圍被排列為 0 到 14, 而 7 代表中性. 酸鹼值pH = 7 時為一中性明顯分界點, 越比 7 小則酸性越強, 越比 7 大則鹼性越強.
測量酸鹼值pH 也就是測量水中氫離子的濃度, 依表現方式可分為1)玻璃電極 GLASS ELECTRODE, 2)比色法COLORIMETRIC, 其中比色法又分為指示劑與比色紙.
酸鹼值pH 在游泳池水中的應用
酸鹼值pH 在游泳池水中的物理意義有二種, 一為對人體之舒服度, 另一為對游泳池硬體結構之健康度. 在化學意義也有二種, 一為對氯的活性度, 另一為對池水的涵容度 其主要依據之理論與法規可由下列引申:
依Dr. Wilfred F Langelier 發表 WATER BALANCE(SATURATION INDEX) 飽和指
數關係式:
．WATER BALANCE (SI) = TF + LogCH + LogTA +pH -12.5
TF : 水溫係數, CH : 鈣硬度, TA : 總鹼度, pH : 酸鹼值.
二.氯化學 CHLORINE CHEMISTY 之氧化還原曲線描述.
三.台北市營業衛生管理規則 81, 6,23 府法三字8103989873號令修正相關規定:
．氫離子指數（ＰＨ值）應保持六點五至八點零之間.
．餘氯量應保持百萬分之零點三至零點八.
四 飲用水管理條例台北市施行細則 82,09,29 府法三字第八二０七一一七０號令
修正發佈第九條相關規定:
．氫離子指數（pＨ值）應保持六點五至八點五之間.
．餘氯量應保持百萬分之零點二至零點八.
．鐵離子 0.3 ppm 以下.
．錳離子 0.05 ppm 以下.
．氨氮 0.1 ppm 以下.
五.國際泳協 (NATIONAL SPA & POOL INSTITUTE NSPI) 有關游泳池/按摩池之 水質之化學條件相關規定:
游泳池 按摩池
．自由餘氯 Free Chlorine (ppm) 1.0 - 3.0 3.0 - 5.0
．結合餘氯 Combinded Chlorine (ppm) 0 0
．酸鹼度 pH 7.2 - 7.8 7.2 - 7.8
．總鹼度 Alkalinity (ppm) 80 - 120 200 - 400
．總鹼度 Hardness (ppm) 200 - 400 200 - 400
因此, 根據上述因素, 作為以下理論與現場作業應用之基礎:
對人體之舒服度
根據經驗:
人體在水中以眼睛最敏,
而眼睛接觸水以酸鹼值pH 7.3 - 7.5 為最低刺激,
目前在國內百分之九十五以上游泳者均戴蛙鏡入水,
所以眼睛刺激問題並不明顯反而以皮膚和口腔的感覺較深,
這是因為當酸鹼值pH = 6.5 時,
牙周病患者首先發難, 抱怨會有牙齒酸,
舌頭生澀感覺, 當酸
鹼值pH 達 6.0 時, 乾性皮膚泳者接著發難,
皮膚呈潮紅甚至脫皮, 嘴唇發痲,
百分之二十的泳者有不舒服的感覺,全身毛髮硬直,
沖洗時清潔用品須多次使用方始有效.
這是因為太低的酸鹼值引起輕微的化學灼傷和降低清潔用品最佳化學條件,
使得乳化油脂的效果降低所造成的原因.
當酸鹼值pH = 8.0
時油性皮膚泳者身上會有滑膩感,
角質部份泛白, 當酸鹼值pH 達 8.3 時,
皮膚敏感或過敏者將出現紅斑, 身體會養, ,
百分之十的泳者有不舒服的感覺,
全身毛髮軟貼於皮膚上,
經風吹乾後有疼痛與龜裂感覺,
這是因為太高的酸鹼值引起皮膚的水解與皂化脫脂,
就好像是洗澡時搓洗太用力剝掉了一層皮.
以上產生這些令人不舒服的現象,
往往被誤認為是加氯量太多所引起的, 事實上,
人體對酸鹼值pH 的敏感性遠大於對氯的敏感性.
對游泳池硬體結構之健康度
WATER BLANCE 水之飽和指數主要以描述水體內水溫, 鈣硬度, 總鹼度, 酸鹼值對水體本身與承載水體結構的化學反應, 當 SI 水之飽和指數值大於 +0.3 時, 將導致池水混濁, 透視度不良, 管路沉澱結垢. 當 SI 水之飽和指數值小於 -0.3 時, 將導致水泥的腐蝕, 金屬溶解. 比較簡單的說法是 :在不同的溫度條件下游泳池的水中含有鈣硬度,與總鹼度之濃度須有一定的比例才能符合整體長久經濟效益, 這也是為什麼游泳池磁磚脫落與管路損壞或阻塞而面臨時常整修的原因之一了. 而針對此一關係式中的濃度值在化學相關手冊 ( HAND BOOK ) 均有圖表可查, 同時在國際泳協 ( NSPI ) 也明列如上表中之相關範圍濃度, 在其表示式中因酸鹼值pH 未取對數而直接置入可見, 此一式中酸鹼值pH 所影響比例較大, 且酸鹼調整過程簡單, 價格便宜,測量方便, 故在整個水質調理方面酸鹼值pH 對游泳池硬體結構可謂舉足輕重.
對氯的活性度
氯對游泳池而言在衛生工程解釋為消毒, 在生物工程解釋為殺菌, 在化學工程解釋為氧化, 又因在洗滌工作上有漂白作用故又稱漂白劑, 然而其主要工作乃次氯酸 HOCL 之推動,也就是所謂的有效自由餘氯, 下列物質均可經一連串反應而產生次氯酸 HOCL, 它們的功能近乎一樣, 比較特別的是穩定性, 溶解速度與酸鹼值pH, 其中酸鹼值pH的不同是影響游泳池水質最大的因素
- ~1 @4 Chlorine .. 100%pH= 0.1 液氯, 氯氣.
- ~6 @2 TricChloro cyanuric acid 90%pH= 2.8 氯系異氰酸, 氯粉, 粒, 碇, 塊,
- ~3 @1 Sodium dichloro cyanurate 60%pH= 6.8 鈉鹽氯系異氰酸, 氯粉.
- ~4 @3 Lithium hypochloride 35%pH=10.0 次氯酸鋰, 鋰碇, 粉, 粒, 塊, 磚.
- ~5 @5 Calium hypochloride 65%pH=11.0 次氯酸鈣, 氯碇, 粉, 粒, HTH, 威氯
- ~2 @6 Sodium hypochloride 12%pH=13.0 次氯酸鈉, 漂白水.
PS:pH 指該藥品溶於水中 1% 之酸鹼度
a..…f 為該系列藥品酸鹼次序
~1… ~6 為該系列藥品溶解速度次序
@1 …@6 為該系列藥品穩定性次序
根據氯化學 CHLORINE CHEMISTY 之氧化還原曲線描述: 次氯酸 HOCL 同樣濃度在不同酸鹼值pH 的條件下有不同的有效活性, 也就是說自由有效氯在不同的酸鹼值pH 下會有不同的活性百分比, 例如酸鹼值pH = 8.0 時測得, 自由餘氯為 1 PPM, 但實際上只有 0.3 PPM 的有效活性, 其有效活性與酸鹼值pH 關係如下:
經資料顯示, 水中遊離殘留餘氯15 - 30秒可殺死細菌種類與濃度:
0.1 PPM 淋菌, 腸炎菌, 霍亂菌, 赤痢菌, 黃色鏈球菌
0.15PPM 腦脊髓膜炎球菌
0.20PPM 肺炎球菌
0.25PPM 大腸菌, 溶血性鏈球菌
但須注意的是此值是在酸鹼值pH = 4.5 以下才有效, ( 請對照上圖表明 ) 高於 4.5 時要依上述條件予以修正. 例如: 上表內大腸菌在 0.25 PPM 時可被殺死, 但如果酸鹼值pH = 7 時就必須要 0.25 / 0.8 = 0.31 PPM, 酸鹼值pH = 8 時就必須要 0.25 / 0.3 = 0.8 PPM, 才有效, 這就是為什麼在夏季的游泳池明明測有氯值但卻長藻與變色和被檢查含有大腸菌的原因了. 市面上對自由餘氯的測定如OTO 黃色反應DPD紫色反應也是以此值為基準的, 因此經由測試而得之氯我們稱之為絕對氯值, 而在游泳池水中因須考慮酸鹼值pH 之影響, 故我們稱之為相對氯值
.
對游泳池水的涵容度
所謂水的涵容度是指游泳池水在一定的人工淨化條件下接受外來污染物所能呈現的包容, 涵養程度, 對游泳池而言人體脫落物, 落塵與雨水是主要的污染物, 而人體脫落物具體的來說以汗漬, 尿液, 唾液, 皮膚代謝物等有機胺氮為主, 而這些含胺氮有機物會與自由餘氯 ( Free chlorine ) 產生一連串的反應成結合氯 (Combined chlorine ) 有一氯胺, 二氯胺, 三氯胺之分, 其中三氯胺在高汝濃度時即是俗稱的確催淚瓦斯, 這也是游泳池產生氯臭味, 刺激感與水質混濁不清的最主要因素, 所以在有限的涵容能力內應儘量的減少人體脫落物的污染, 而游泳池水的酸鹼值pH 偏鹼將增加對皮膚的皂化與脫落, 這也就是為什麼中性肥皂不容易洗乾淨與市面上清潔用品強調純中性不傷皮膚的原因了.
雨水是經由水蒸氣凝結而成, 在自然界中接近純水, 但在空氣中溶入各種氣體, 以氧, 二氧化碳, 氮等為主. 水蒸氣成雨滴凝集時需要成為核的部份稱之為凝結核, 主要是海鹽成飛沬在空中浮游成核, 所以雨水含少許鹽, 因空氣中的二氧化碳溶入, 雨水常成酸鹼值pH = 5.6 - 5.7 的弱酸性, 空氣中有大量廢氣如同二氧化硫時會溶入形成硫酸霧, 使雨水中的酸鹼值pH 降為 3 - 2, 此即為酸雨. 在雨滴落下的過程中會帶下空氣中的懸浮粒子與藻類的孢子, 因此雨水對游泳池而言是極大的傷害, 然而此時游泳池內的總鹼度含量就發揮很大的緩衝作用, 在化學上總鹼度等於氫氧根, 碳酸根與碳酸氫根的總合. 在物理上酸鹼值pH 可比喻為山的高度( 標高 ), 總鹼度即為山麓緩坡的大小 ( 面積 ), 總鹼度高 ( 能量多, 面積大 ) 的水若欲減低其酸鹼值pH ( 標高) , 需要比同樣酸鹼值pH ( 標高 ), 總鹼度低 ( 能量少, 面積小 )的水多很多的酸, 酸鹼值pH 是表示鹼性強度的指標, 總鹼度是表示其量的大小. 由於酸雨的大量加入游泳池中, 若水中總鹼度含量不足予達到緩衝效果, 則將迫使池水酸鹼值pH 快速下降, 導致氯活性太高而反應怠盡, 此時藻類孢子肆無忌僤成生物倍數分裂, 加上因落塵與雨水中夾帶的懸浮粒子所提供豊富的肥料, 游泳池一夕變色不足為奇
結語
游泳池水中酸鹼值pH 對池體本身與管路, 水質, 泳客, 消毒藥品有很大的關係, 其歸納如下:
游泳池水質偏酸時將造成:
1)池體, 管路產生腐蝕, 壽命減短.
2)泳客抱怨牙酸, 皮膚起疹, 脫皮, 眼睛澀痛, 口腔發麻.
3)酸度增加,pH下降, 餘氯活性增加, 消秏速度加快, 水面有氯味逸出, 對紫外線敏感, 容易導致無氯狀態.
- 總鹼度低, 對酸雨緩衝包容力低, 藻類控制不易, 添加化學消毒劑時酸鹼值 pH變化較大, 池水容易變色.
游泳池水質偏鹼時將造成:
- 水質混濁度增加, 透視度不良, 管壁結垢增加, 減少循環水量, 浪費能源.
- 客戶抱怨脫皮, 皮膚起紅斑, 身體發癢, 眼睛刺痛.
- 鹼度增加,pH上昇, 有機物 (尿液, 唾液, 皮膚代謝物) 氧化不易, 氯臭(ODOR) 產生, 紅眼, 嗆鼻, 不敢再加氯, 如此惡性循環.
- 對人體皮膚皂化程度增加, 水中總溶解固體 ( TDS )累積, 池水表面泡沬持久不散, 水位線 ( WATER LEVEL ) 黑痕明顯, 有礙觀膽.
以上簡單討論酸鹼值pH 對游泳池的影響, 而依據下列條件.
- 國人的衛生觀念.
- 黃種人皮膚的適應性.
- 國內的設備技術.
- 國人對藥品嗜好度.
- 節約能源.
- 筆者對游泳池的操作維護經驗.
游泳池水質酸鹼值pH 在 6.8 至 7.2之間是比較恰當的.
參考文獻:
1.WATER CHEMISTY. BY VERNON L. SNOEYINK & DAVID JENKINS.
2.WHAT COLOR IS YOUR SWIMMING POOL? BY JOHN OKEEFE.
3.POOL AND SPA NEWS. BY LEISURE PUBLICATIONS, INC.
4.POOL AND SPA WATER CHEMISTY. BY TAYLOR TECHNOLOGIES, INC.
5.淨水技術實務. 丹保憲仁．小笠原紘 著.
6.台灣省營業衛生管理人員訓練教材. 台灣省政府衛生處編印.
7.游泳池衛生管理. 台北市政府衛生局印.
8.台北市營業衛生管理規則. 台北市政府自來水事業處.
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