游泳池水中酸碱值pH 的重要性

游泳对现代人而言是运动也是休闲, 是运动所以要求水的健康, 是休闲所以要求水的品质,在民营游泳池的合法化下更促进游泳人口的增加, 相对于市埸的潜力之下,人工净化的游泳池已是目前新兴热门行业, 而游泳的主体--水, 也在竞争的市埸下再度成为讨论的话题,其中消毒, 杀菌, 混浊, 长绿藻, 变色, 氯臭味等一再被提及, 惟有酸碱值pH 一项未受重视, 而此正是导致一切问题的根源, 本文特针对此作实际应用说明.

○酸碱值pH 概念

　　酸与碱在*初是以其于味觉( TESTE ) 上的不同而有所区别, 后来的发展成为氢离子浓度的-log 值为代表, 简单的说: 能够提供氢离子的物质, 我们称它作酸, 能提供氢氧离子的物质, 我们称它为碱. 例如醋, 柠檬我们可以直接感觉它是酸性的, 涩涩的, 碱性的苏打,碱液则不太能察觉,只是皮肤接触时有滑滑的感觉, 另外, 碱与咸是绝对不同的, 咸是由一种叫作氯化钠, 俗称盐巴的化学物质, 在味蕾上的感觉描述, 因此, 酸与碱可以互相中和, 但是咸却只能用水或甜或其它有味觉反应的东西来淡化与转移味蕾凡感觉, 在数学的表示方法上, 酸碱值pH 的范围被排列为0 到14, 而7 代表中性. 酸碱值pH = 7 时为一中性明显分界点, 越比7 小则酸性越强, 越比7 大则碱性越强.

ph

　　测量酸碱值pH 也就是测量水中氢离子的浓度, 依表现方式可分为1)玻璃电极GLASS ELECTRODE, 2)比色法COLORIMETRIC, 其中比色法又分为指示剂与比色纸.

○酸碱值pH 在游泳池水中的应用

　　酸碱值pH 在游泳池水中的物理意义有二种, 一为对人体之舒服度, 另一为对游泳池硬体结构之健康度. 在化学意义也有二种, 一为对氯的活性度, 另一为对池水的涵容度其主要依据之理论与法规可由下列引申:
依Dr. Wilfred F Langelier 发表WATER BALANCE(SATURATION INDEX) 饱和指数关系式:
．WATER BALANCE (SI) = TF + LogCH + LogTA +pH -12.5
TF : 水温系数, CH : 钙硬度, TA : 总碱度, pH : 酸碱值.

二.氯化学CHLORINE CHEMISTY 之氧化还原曲线描述.

三.卫生管理规则相关规定:
．氢离子指数（ＰＨ值）应保持六点五至八点零之间.
．余氯量应保持百万分之零点三至零点八.

四.饮用水管理相关规定:
．氢离子指数（pＨ值）应保持六点五至八点五之间.
．余氯量应保持百万分之零点二至零点八.
．铁离子0.3 ppm 以下.
．锰离子0.05 ppm 以下.
．氨氮0.1 ppm 以下.

五.国际泳协(NATIONAL SPA & POOL INSTITUTE NSPI) 有关游泳池/按摩池之水质之化学条件相关规定:
　
游泳池按摩池
．自由余氯Free Chlorine (ppm) 1.0 - 3.0 3.0 - 5.0
．结合余氯Combinded Chlorine (ppm) 0 0
．酸碱度pH 7.2 - 7.8 7.2 - 7.8
．总碱度Alkalinity (ppm) 80 - 120 200 - 400
．总碱度Hardness (ppm) 200 - 400 200 - 400

因此, 根据上述因素, 作为以下理论与现场作业应用之基础:
对人体之舒服度
根据经验:人体在水中以眼睛*敏,而眼睛接触水以酸碱值pH 7.3 - 7.5为*低刺激,目前在国内百分之九十五以上游泳者均戴蛙镜入水,所以眼睛刺激问题并不明显反而以皮肤和口腔的感觉较深,这是因为当酸碱值pH = 6.5时,牙周病患者首先发难,抱怨会有牙齿酸,舌头生涩感觉,当酸
碱值pH达6.0时,干性皮肤泳者接着发难,皮肤呈潮红甚至脱皮,嘴唇发麻,百分之二十的泳者有不舒服的感觉,全身毛发硬直,冲洗时清洁用品须多次使用方始有效.这是因为太低的酸碱值引起轻微的化学灼伤和降低清洁用品*佳化学条件,使得乳化油脂的效果降低所造成的原因.当酸碱值pH = 8.0时油性皮肤泳者身上会有滑腻感,角质部份泛白,当酸碱值pH达8.3时,皮肤敏感或过敏者将出现红斑,身体会养, ,百分之十的泳者有不舒服的感觉,全身毛发软贴于皮肤上,经风吹干后有疼痛与龟裂感觉,这是因为太高的酸碱值引起皮肤的水解与皂化脱脂,就好像是洗澡时搓洗太用力剥掉了一层皮.以上产生这些令人不舒服的现象,往往被误认为是加氯量太多所引起的,事实上,人体对酸碱值pH的敏感性远大于对氯的敏感性.
对游泳池硬体结构之健康度
WATER BLANCE 水之饱和指数主要以描述水体内水温, 钙硬度, 总碱度, 酸碱值对水体本身与承载水体结构的化学反应, 当SI 水之饱和指数值大于+0.3 时, 将导致池水混浊, 透视度不良, 管路沉淀结垢. 当SI 水之饱和指数值小于-0.3 时, 将导致水泥的腐蚀, 金属溶解. 比较简单的说法是:在不同的温度条件下游泳池的水中含有钙硬度,与总碱度之浓度须有一定的比例才能符合整体长久经济效益, 这也是为什么游泳池磁砖脱落与管路损坏或阻塞而面临时常整修的原因之一了. 而针对此一关系式中的浓度值在化学相关手册( HAND BOOK ) 均有图表可查, 同时在国际泳协( NSPI ) 也明列如上表中之相关范围浓度, 在其表示式中因酸碱值pH 未取对数而直接置入可见, 此一式中酸碱值pH 所影响比例较大, 且酸碱调整过程简单, 价格便宜,测量方便, 故在整个水质调理方面酸碱值pH 对游泳池硬体结构可谓举足轻重.
对氯的活性度
氯对游泳池而言在卫生工程解释为消毒, 在生物工程解释为杀菌, 在化学工程解释为氧化, 又因在洗涤工作上有漂白作用故又称漂白剂, 然而其主要工作乃次氯酸HOCL之推动,也就是所谓的有效自由余氯, 下列物质均可经一连串反应而产生次氯酸HOCL, 它们的功能近乎一样, 比较特别的是稳定性, 溶解速度与酸碱值pH, 其中酸碱值pH的不同是影响游泳池水质*大的因素
a. ~1 @4 Chlorine .. 100％pH= 0.1 液氯, 氯气.
b. ~6 @2 TricChloro cyanuric acid 90％pH= 2.8 氯系异氰酸, 氯粉, 粒, 碇, 块,
c. ~3 @1 Sodium dichloro cyanurate 60％pH= 6.8 钠盐氯系异氰酸, 氯粉.
d. ~4 @3 Lithium hypochloride 35％pH=10.0 次氯酸锂, 锂碇, 粉, 粒, 块, 砖.
e. ~5 @5 Calium hypochloride 65％pH=11.0 次氯酸钙, 氯碇, 粉, 粒, HTH, 威氯
f. ~2 @6 Sodium hypochloride 12％pH=13.0 次氯酸钠, 漂白水.
PS:pH 指该药品溶于水中1％ 之酸碱度
a.. … f为该系列药品酸碱次序
~1 … ~6为该系列药品溶解速度次序
@1 … @6为该系列药品稳定性次序
根据氯化学CHLORINE CHEMISTY 之氧化还原曲线描述: 次氯酸HOCL 同样浓度在不同酸碱值pH 的条件下有不同的有效活性, 也就是说自由有效氯在不同的酸碱值pH 下会有不同的活性百分比, 例如酸碱值pH = 8.0 时测得, 自由余氯为1 PPM, 但实际上只有0.3 PPM 的有效活性, 其有效活性与酸碱值pH 关系如下:



经资料显示, 水中游离残留余氯15 - 30秒可杀死细菌种类与浓度:
0.1 PPM 淋菌, 肠炎菌, 霍乱菌, 赤痢菌, 黄色链球菌
0.15PPM 脑脊髓膜炎球菌
0.20PPM 肺炎球菌
0.25PPM 大肠菌, 溶血性链球菌
但须注意的是此值是在酸碱值pH = 4.5 以下才有效, ( 请对照上图表明) 高于4.5 时要依上述条件予以修正. 例如: 上表内大肠菌在0.25 PPM 时可被杀死, 但如果酸碱值pH = 7 时就必须要0.25 / 0.8 = 0.31 PPM, 酸碱值pH = 8 时就必须要0.25 / 0.3 = 0.8 PPM, 才有效, 这就是为什么在夏季的游泳池明明测有氯值但却长藻与变色和被检查含有大肠菌的原因了. 市面上对自由余氯的测定如OTO 黄色反应DPD紫色反应也是以此值为基准的, 因此经由测试而得之氯我们称之为绝对氯值, 而在游泳池水中因须考虑酸碱值pH 之影响, 故我们称之为相对氯值
.
对游泳池水的涵容度
所谓水的涵容度是指游泳池水在一定的人工净化条件下接受外来污染物所能呈现的包容, 涵养程度, 对游泳池而言人体脱落物, 落尘与雨水是主要的污染物, 而人体脱落物具体的来说以汗渍, 尿液, 唾液, 皮肤代谢物等有机胺氮为主, 而这些含胺氮有机物会与自由余氯( Free chlorine ) 产生一连串的反应成结合氯(Combined chlorine ) 有一氯胺, 二氯胺, 三氯胺之分, 其中三氯胺在高汝浓度时即是俗称的确催泪瓦斯, 这也是游泳池产生氯臭味, 刺激感与水质混浊不清的*主要因素, 所以在有限的涵容能力内应尽量的减少人体脱落物的污染, 而游泳池水的酸碱值pH 偏碱将增加对皮肤的皂化与脱落, 这也就是为什么中性肥皂不容易洗干净与市面上清洁用品强调纯中性不伤皮肤的原因了.
雨水是经由水蒸气凝结而成, 在自然界中接近纯水, 但在空气中溶入各种气体, 以氧, 二氧化碳, 氮等为主. 水蒸气成雨滴凝集时需要成为核的部份称之为凝结核, 主要是海盐成飞沬在空中浮游成核, 所以雨水含少许盐, 因空气中的二氧化碳溶入, 雨水常成酸碱值pH = 5.6 - 5.7 的弱酸性, 空气中有大量废气如同二氧化硫时会溶入形成硫酸雾, 使雨水中的酸碱值pH 降为3 - 2, 此即为酸雨. 在雨滴落下的过程中会带下空气中的悬浮粒子与藻类的孢子, 因此雨水对游泳池而言是极大的伤害, 然而此时游泳池内的总碱度含量就发挥很大的缓冲作用, 在化学上总碱度等于氢氧根, 碳酸根与碳酸氢根的总合. 在物理上酸碱值pH 可比喻为山的高度( 标高), 总碱度即为山麓缓坡的大小( 面积), 总碱度高( 能量多, 面积大) 的水若欲减低其酸碱值pH ( 标高) , 需要比同样酸碱值pH ( 标高), 总碱度低( 能量少, 面积小)的水多很多的酸, 酸碱值pH 是表示碱性强度的指标, 总碱度是表示其量的大小. 由于酸雨的大量加入游泳池中, 若水中总碱度含量不足予达到缓冲效果, 则将迫使池水酸碱值pH 快速下降, 导致氯活性太高而反应怠尽, 此时藻类孢子肆无忌僤成生物倍数分裂, 加上因落尘与雨水中夹带的悬浮粒子所提供豊富的肥料, 游泳池一夕变色不足为奇
结语
游泳池水中酸碱值pH 对池体本身与管路, 水质, 泳客, 消毒药品有很大的关系, 其归纳如下:
游泳池水质偏酸时将造成:
1)池体, 管路产生腐蚀, 寿命减短.
2)泳客抱怨牙酸, 皮肤起疹, 脱皮, 眼睛涩痛, 口腔发麻.
3)酸度增加,pH下降, 余氯活性增加, 消秏速度加快, 水面有氯味逸出, 对紫外线敏感, 容易导致无氯状态.
4. 总碱度低, 对酸雨缓冲包容力低, 藻类控制不易, 添加化学消毒剂时酸碱值pH变化较大, 池水容易变色.
游泳池水质偏碱时将造成:
1. 水质混浊度增加, 透视度不良, 管壁结垢增加, 减少循环水量, 浪费能源.
2. 客户抱怨脱皮, 皮肤起红斑, 身体发痒, 眼睛刺痛.
3. 碱度增加,pH上升, 有机物(尿液, 唾液, 皮肤代谢物) 氧化不易, 氯臭(ODOR) 产生, 红眼, 呛鼻, 不敢再加氯, 如此恶性循环.
4. 对人体皮肤皂化程度增加, 水中总溶解固体( TDS )累积, 池水表面泡沬持久不散, 水位线( WATER LEVEL ) 黑痕明显, 有碍观胆.
以上简单讨论酸碱值pH 对游泳池的影响, 而依据下列条件.
1. 国人的卫生观念.
2. 黄种人皮肤的适应性.
3. 国内的设备技术.
4. 国人对药品嗜好度.
5. 节约能源.
6. 笔者对游泳池的操作维护经验.
游泳池水质酸碱值pH 在6.8 至7.2之间是比较恰当的.