CN115804859A - 生产、极化、喷雾次氯酸的装置与工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用食盐水生产、极化、喷雾次氯酸的装置,用于人员常用的房间进行空气和表面的人机共存式的持续性消毒,包括:a)用于生产次氯酸的无膜电解装置,包括开放式或封闭式的电解槽,在该电解槽上还装有产生电磁场的装置,b)至少有一个储罐,用于储存生成的次氯酸溶液,并接收与电解槽流体相连接的氯化钠水溶液,c)超声波喷雾器,包括在上述容器中装有至少一个超声波雾化头与鼓风机,以及d)至少一个传感器和至少一个控制单元,通过开停上述超声波喷雾器来控制室内空气中的活性氯浓度。此外,本发明包括一种使用本发明装置进行空气和表面人机共存的持续性消毒的工艺方法。
Description
技术领域
本发明提供了一种采用食盐水就地生产、极化、喷雾次氯酸的装置与工艺方法,用于人员常用的房间进行空气和表面的人机共存式的持续性消毒,属化工与卫生防疫领域的技术。
背景技术
2020年专家们发现,SARS-CoV-19新冠病毒不仅通过唾液和身体接触近距离传播,更主要的传播途径是通过房间空气中的呼出气溶胶的扩散,造成较远距离的更高风险的病毒传播。
用于室内空气消毒的其它技术包括HEPA高效颗粒过滤器(例如DE 102005001726B4)、紫外线辐射(例如DE 60105286 T2)和过氧化氢喷雾(例如EP 3 481 442 B1)。H14级别的HEPA高效颗粒过滤器滤芯可以截留99.995%的尺寸为0.1μm至0.3μm的空气中的颗粒。如果整个房间的空气每小时循环多次经过HEPA高效颗粒过滤器过滤,连续运行一段时间后可以较大幅度降低室内气溶胶浓度,以此降低气溶胶传播感染的风险。但是,很多病毒小于0.1微米,也可以在外力作用下变形,使其能够通过HEPA过滤器中0.1μm的小孔,而不能被HEPA过滤器过滤掉。
紫外线辐射消毒要么在密闭的消毒器里面用紫外线照射鼓风机吹入消毒器的空气进行消毒,要么采用开放式紫外线灯直接辐射消毒房间里的空气与表面。前者也需要一定时间才能将室内空气中的病毒稀释到无害的浓度。后者使用时不能有任何人在周围,因为高能量的紫外线UV-C辐射会伤害眼睛且无法治愈。
也有使用消毒剂喷雾来进行室内消毒的。但迄今为止通过喷雾消毒剂(如EP 3481 442 B1)进行空气或空间消毒的技术不允许有人在场。一方面是由于消毒剂的选择不当,另一方面是由于这些消毒剂的消毒有效浓度太高,人体无法承受。房间经此喷雾消毒后,必须先彻底通风换气,才允许人员使用。
例如,采用过氧化氢H2O2喷雾的房间消毒(消毒室内所有表面)要求无人在场,或者室内所有人必须使用全密闭防护设备。这是因为喷雾用的过氧化氢浓度很高才能达到足够的消毒效果。消毒人员需要全套防毒面具和防毒防护服进行喷雾操作。经过几个小时的喷雾消毒后,房间必须彻底通风换气后才能正常使用。
以上三种技术无法实现人机共存,因此都缺乏非常重要的持续性或后续消毒,即消毒后室内空气在一定时间内保持一定的消毒能力。只有室内空气拥有持续消毒作用,才能将感染者呼出或咳嗽时释放到空气中的大量新出现的病毒立即灭活,从而最有效地避免传染。
还有采用等离子或负离子做空气消毒的。但是由于这两种技术很容易产生剧毒的臭氧副产品,欧洲专家一致反对使用含臭氧的空气消毒技术。
此外,使用次氯酸进行房间表面(非人机共存)的喷雾消毒已广泛应用于医院。次氯酸也常用于食品表面的消毒。
生产次氯酸有多种方法。较常用的是电解生产次氯酸。US 2016/0265123 A1采用隔膜电解装置生产次氯酸。隔膜电解装置在结构上比管状无膜电解槽更复杂,并且在使用维护上成本较高。
受环境温度、光照和储存时间或氧气接触的影响,生产出来的次氯酸会在储存和运输过程中逐步降解,降低消毒有效物质浓度,并生成有毒的氯酸盐。市售次氯酸溶液也有添加次氯酸钠的混合液,以提高储存的稳定性。
为防止电解槽的阴极在电解过程中结垢,通常需采用软水或周期性切换电极的正负极。频繁切换正负极会大大缩短电极寿命,可切换极性的电极成本是普通电极的两倍以上。
DE 102013020288 A1公布了采用交替频率的线圈,用于防止水溶液流过管道时结垢。然而,这技术无法使用到普通水电解的阴极防垢。因为在电解中阴极上的pH值非常高,接近14,导致阴极表面极易结垢。另一个原因是线圈产生的磁场与电场受到电解电极之间电场的干扰。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点,本发明的目的在于克服现有技术的弊端,提高室内消毒的效率,充分发挥室内空气后续消毒作用。在确保高效消毒的前提下,尽量降低消毒剂的使用浓度,确保长期对人体无害,实现人机共存的高效且无副作用的室内空气与表面消毒,有效预防病毒细菌或其它微生物疾病的传染。
为此,本发明提供一种简单易维护的装置,用来生产、极化并将次氯酸喷雾释放到室内空气中。极化次氯酸能进一步提高喷雾消毒气溶胶(细微雾滴)的效果。
本发明采用独立权利要求中所述的装置和工艺方法来实现人员经常使用的房间内空气和表面的人机共存的消毒。本发明的优选实施方案在从属权利要求中体现。
本发明采用一种生产、极化并喷雾次氯酸的装置,来实现人员经常使用的房间内空气和表面的人机共存的消毒,该装置包括:
a)用于生产次氯酸的电解装置,使用开放式或封闭式的无膜电解槽,并在电解槽上配置产生强脉冲电磁场的装置,
b)至少一个容器,用于接收氯化钠水溶液和储存生成的次氯酸溶液,容器与电解槽的流体相连接,
c)超声波喷雾器,至少含有一个容器,至少一个超声波雾化头和鼓风机,
d)至少一个传感器和/或控制器,用于控制或设置室内空气中的次氯酸活性氯的浓度。
在本发明的一个优选的实施装置中,包括用于容纳氯化钠水溶液的容器,该容器与无膜电解槽相连接。
在进一步优选的实施装置中,使用一层或多层电线缠绕在电解槽圆管外面。该线圈与产生交流电压的电源相连接,在电解槽里产生极化所需要的电场与防止阴极结垢所需要的磁场。
在进一步优选的实施装置中,其中用于储存次氯酸和接收氯化钠水溶液的容器至少一个是空气密封的,并通过脱气喷头与电解槽的流体相连接。
在进一步优选的实施装置中,在至少一个用于储存次氯酸和接收氯化钠水溶液的容器上装有空气抽吸装置,能使次氯酸储罐产生负压。
在较有利的实施装置中,包括两个容器,用于接收氯化钠水溶液和储存产生的次氯酸溶液。这两个容器可以通过开关元件进行流通,可拆卸也可连接在一起。次氯酸存储容器拥有至少一个超声波雾化头与风机。
在较有利的实施装置中,含有监测次氯酸浓度的游离氯电流信号式传感器。
在较有利的实施装置中,可包含测定空气湿度的传感器、空气颗粒计数器和氯气传感器。
在更优选的实施装置中,采用超声波喷雾器产生消毒气溶胶颗粒大小为1至10微米的干雾。
在进一步优选的实施装置中,其超声波雾化头采用陶瓷、特氟隆(Teflon)或高合金不锈钢等耐腐蚀材料。
此外,在本发明技术范围内,电解槽可以采用圆柱形外壳,其中布置有电极,用于电解流过电解槽的盐水。根据本发明,既可使用封闭式的,也可使用开放式的电解槽。封闭式的电解槽可安装在盐水罐的外部,盐水用泵流经电解槽电解。开放式的电解槽,可安装在盐水罐底部,电极浸没在的盐水中,电解产生的次氯酸直接与盐水混合。本发明还采用高强度高频电磁场极化次氯酸。
此外,本发明采用一种生产、极化并喷雾次氯酸的工艺方法,来实现人员经常使用的房间内空气和表面的人机共存的消毒,该工艺方法采用上文所述的生产、极化并喷雾次氯酸的装置进行,包括:
a)提供所述装置,
b)电解前加酸降低氯化钠水溶液的pH值,调节到3.2至6之间,优选地3.5至5之间,
c)利用电解槽上的线圈产生5mT到50mT之间的高频脉冲电磁场,
d)将氯化钠水溶液电解,生产次氯酸,并含有一定浓度的氯化钠,
e)使用上述装置的电磁场极化次氯酸,
f)将极化性次氯酸用超声波雾化成细微的干雾,采用鼓风机喷出装置。超声波的频率采用1.3MHz到2.4MHz。
g)通过控制元件控制室内空气中的游离氯浓度或采用至少一个传感器测量室内空气中的活性氯浓度,将其保持在0.1mg/m3-2mg/m3之间,优选地在0.25mg/m3-0.5mg/m3之间,或者在0.01mg/m3至0.25mg/m3之间,尤其是在0.02mg/m3至0.1mg/m3之间。
在进一步优选的工艺方法中,在步骤e)之后,步骤f)之前,增加步骤e1),将产生的极化次氯酸溶液采用喷嘴喷入至少一个用于储存次氯酸溶液的容器中,用来脱气。
在进一步优选的工艺方法中,在步骤b)采用氯化钠溶液,在蒸馏水或纯自来水中氯化钠的浓度为0.5%至5%,优选1%至1.5%(重量百分比)。
在特别有利的工艺方法中,在步骤f)中雾化的极化次氯酸的活性氯浓度在50至400毫克/升之间,优选在100毫克/升至300毫克/升之间。
本发明装置生成非常细的次氯酸雾滴,也称次氯酸消毒气溶胶,其颗粒直径约为3-10微米。这种微细颗粒的雾气被称为干雾,通常肉眼看不见,而且可以很长时间悬浮在空气之中而不降落到地面。但干雾颗粒通常不会粘附或难以粘附在其他表面或气溶胶上,它们在接触异物冲击后会“反弹”。由于本发明装置喷出的消毒气溶胶是极化过的,极化次氯酸气溶胶可以更好地与空气中已有的(感染性)气溶胶相结合,从而达到更好的病毒与细菌灭活消毒。
在本发明中,次氯酸的极化是就地实现的。极化性能会随着时间的推移而减少,次氯酸的浓度和极化性能会随储存和运输的时间而减少。由于这些原因,现场生产次氯酸的雾化液很有利。市售的集中生产的次氯酸的有效物质也会由于储存和运输减少。采用本发明的装置能够在使用前再次进行次氯酸的电解或极化。
本发明装置在使用场所通过电解生产、极化次氯酸,并与氯化钠溶液一起以干雾形式释放到室内空气中。本发明还公开了一种室内空气和表面消毒的工艺方法。
特别有利的是,根据本发明的设备和工艺方法,在现场,用户能就地生产极化性次氯酸并喷雾用于室内空气与表面的人机共存的持续性消毒。
在优选的工艺方法中,即步骤e),可在步骤f)之前重复一次或几次。
在本发明的工艺方法的另一个优选实施方案中,在步骤f)之前,增加步骤e2),将产生的次氯酸溶液储存在发明装置之中或其它的瓶罐里。这种储存意味着在步骤e)之后和步骤f)之前的一段时间内,可中断本发明工艺流程,过一段时间再按需要继续步骤f)。
在步骤e2)之后,步骤e)可以在步骤f)之前重复一次或几次。
在优选的工艺方法中,在步骤g)中通过控制喷雾时间控制室内空气中的游离氯浓度。
在本发明中,所使用的术语“人员常用的房间”或“人机共存”是指配带或不配带防护设备(例如口罩)的人员,可以随时进入或长时间逗留于正在采用本发明技术喷雾消毒的或喷雾之后保留空气消毒作用的房间,而不会对人体产生任何危害或副作用。
在本发明工艺方法的实施方案中,可将生产好的、在本发明装置或其它容器中储存了较长时间的次氯酸,在雾化之前做一次或多次极化处理。因此,该发明装置具有明显的优势,不仅可以在现场生产极化的次氯酸,而且还可以在需要时对集中生产的用瓶罐市售的次氯酸做极化处理或提高次氯酸浓度。
由于本发明装置结构紧凑,维护简单,该装置适用于在任何需要持续有效消毒防疫的房间使用。
附图说明
图1显示了本发明装置的第一个实施方案,包括储存所生产的极化性次氯酸的容器。
图2显示了本发明装置的第二个实施方案,包括一个储存极化性次氯酸的容器和另一个用于雾化喷雾的容器。两个容器之间的液体可按需传送。
图3显示了本发明装置的第三个实施方案,有两个用于储存次氯酸的容器。二个容器都可单独放置与使用。
图4显示了本发明装置的第四个实施方案,只用一个容器接纳氯化钠水溶液,也用它储存电解后的极化性次氯酸。
具体实施方式
下面的实施方案在不限制本发明权利要求范围的前提下,更详细地解释本发明的装置与工艺方法,并参考图1至图4进行描述。
实施例1
图1显示了空气消毒装置的一个实施方案。根据本发明,采用无膜电解槽,并结合采用电解槽外的线圈在电解槽内产生特殊的强脉冲电磁场。为了避免在水箱中静态批量电解的缺点,本发明采用了一次性流过管状电解槽的盐水电解来生产所需浓度的极化次氯酸。
在图1中,阳极2和阴极3安装在一个流通式管状电解槽4之中。电极2和3在电解槽4中的位置,与管状电解槽4中电极之外的剩余空间相比,电极2和3之间保持尽可能多的空间。在这个优选的实施方案中,电解槽4采用一个塑料管制造。
在电解槽4的外面,电线5像线圈一样一层或多层地缠绕在电解槽4外壁。电解槽4中的设计流速增高时,可多绕几层线圈5,并适当提高电流强度。线圈上联通12V和48V之间的,频率在1Hz和500Hz之间的交流电,优选是1Hz和10Hz之间的交变电压,以此在电解槽4里产生5mT到50mT之间的变频电磁场,用来防止了阴极3上结垢,以此避免更换电解电极的极性。该电磁场的另一个效果是,生成的极化次氯酸溶液的表面张力降低,这使超声波雾化头产生更细的雾粒(气溶胶)。
电解槽4优选垂直安装,盐水从下往上流过电解槽电解并受到电磁场极化处理。
实施例2
图2显示,电解槽4安装在储存次氯酸溶液的容器11和接收氯化钠水溶液的容器7之间的管道6上。另外,电解槽4也可以安装在容器7内侧壁或外侧壁上。采用水泵输送氯化钠溶液从下往上流经电解槽4,以避免气体在电解槽4或管路6中积聚。蒸馏水和纯自来水都可以用来配置氯化钠溶液。
专用于本电解,pH值经过预调节的氯化钠水溶液的浓度与治疗呼吸道疾病的盐水雾化(海风疗法)的盐浓度相似,按重量计算为1%至4%,优选为1%至1.5%,因此,本发明消毒喷雾对人体呼吸道具有与海风一样的疗养康复作用。
在优选的实施方案中,包括对次氯酸水溶液在储存容器11中利用泵压与喷头9进行喷淋脱气。电解后的次氯酸溶液中含有氧气和氢气,溶解氧达到饱和,很容易释放出气体。然而,氧气会与次氯酸发生反应将其消耗。根据本发明,极化次氯酸水溶液在进入封闭的储存罐11时,被喷头9脱气,从而使氧气和氢气更快地从次氯酸中分离出来。
在本发明使用的超声波雾化头10的工作频率在1.3MHz至2.4MHz之间,用来产生粒径3-10微米的微细气溶胶。为了避免次氯酸和氯化钠对超声雾化头的腐蚀,采用陶瓷、特氟隆(Teflon)或高合金不锈钢(V4A或316)制作超声雾化头10。
在本发明装置的第二个实施方案中,如图2所示,使用了两个容器8与11,都用于储存次氯酸。储存次氯酸溶液的容器8保持密闭。这2个容器可随时分离,方便清洗超声波雾化头10。通过容器11中的液位控制器将上方容器8中的次氯酸释放到下方的液位恒定的容器11中,确保雾化效率不受液位波动影响。储罐11配备了超声波雾化头10和鼓风机12。喷雾时容器8与11必须组合在一起。
实施例3
在图3所示的发明装置中,喷雾器11可与容器8完全分离,图3显示了分离的情形。这样可以在不同的位置或房间设置几个喷雾器11进行极化次氯酸消毒液的喷雾。现场生产和储存极化性次氯酸的一套容器设备可以放在另一个房间,例如地下室。而许多个喷雾器11可以同时在不同房间喷雾消毒。
实施例4
图4显示了本发明装置的另一个实施方案。只采用一个容器8用于接纳氯化钠水溶液并生产、储存极化次氯酸溶液。该装置省略了一个单一存放氯化钠水溶液的容器7。
在这个实施方案中,氯化钠水溶液被一个水泵从容器8中抽出,送入容器外的封闭式电解槽4进行电解,或泵入布置在容器底部区域的开放式电解槽(图4中未显示)。
电解产生的次氯酸立即与同一容器8中的氯化钠溶液混合。通过设定电解时间,次氯酸就能达到目标浓度。然后就可以开始喷雾消毒了。
带有发生电磁场装置的封闭式电解槽可以固定在容器的外面(如图4所示),也可以将开放式电解槽浸入容器底部(图片中未显示)。这两种设计,消毒剂在电磁场作用下都会产生极化。后者用于200平方米以下房间的空气和表面消毒更有优势。
电流信号式游离氯传感器可用来监测次氯酸溶液中有效消毒物质的浓度。在系统出现故障时,立即警报停机。
采用空气中氧化性物质传感器或者其他间接空气传感器,可以对次氯酸气溶胶在空气中的浓度进行监测控制,使空气中的次氯酸浓度保持在设定范围之内。
根据本发明制作的超声波次氯酸喷雾器11优选带有自动调节液位恒定的浮动板液位调节器。
在超声波喷雾头上方可使用能量收集器来加强雾化效果。
为了实现人机共存的室内喷雾持续性消毒,本发明着重控制空气中雾化次氯酸的浓度。其消毒有效物质活性氯在消毒空气中的浓度保持在0.1mg/m3-2mg/m3之间,优选地在0.25mg/m3-0.5mg/m3之间,较优选地在0.01mg/m3至0,25mg/m3之间,更优选地在0.02mg/m3至0.1mg/m3之间。为了实现有效的室内空气与表面消毒,本工艺电解产生的次氯酸溶液的有效消毒物质浓度保持在100毫克/升到300毫克/升的范围。为了测量和监测喷雾前该次氯酸溶液的浓度,在一个实施方案中使用了电流信号式游离氯传感器。空气中氧化性物质传感器,例如氯气传感器,也可用来监测空气中次氯酸气溶胶有效物质的浓度。此外,还可以使用间接性空气测量传感器,例如空气湿度、空气颗粒测量器PM2.5或微米级空气颗粒计数器等。我们已经在微型电脑处理器中设置好相关条件下所建立的空气中次氯酸气溶胶浓度与这些传感器测量值相关的换算系数与曲线。
次氯酸无论是在使用时就地生产的,还是在工厂集中生产后装入容器运输到使用地点,上述浓度范围均适用于次氯酸气溶胶的人机共存的室内空气与表面消毒。
示意图中使用的附图标记
1 用于空气与表面持续消毒的装置
2 阳极
3 阴极
4 电解槽
5 电磁场发生器
6 管道
7 接收存放氯化钠水溶液的容器
8,11 储存次氯酸的容器
9 喷头
10 超声波雾化头
12 鼓风机
13 泵
Claims (18)
1.一种生产、极化并喷雾次氯酸的装置,用于人员经常使用的房间内空气和表面的人机共存的持续性消毒,该装置(1)包括:
a)用于生产次氯酸的电解装置,使用开放式或封闭式的无膜电解槽(4),并在电解槽上配置产生强脉冲电磁场的装置(5),
b)至少一个容器(8,11),用于接收氯化钠水溶液和储存产生的极化次氯酸溶液,容器与电解槽的流体相连接,
c)超声波喷雾器,包括容器,至少一个超声波雾化头(10)和鼓风机(12),
d)至少一个传感器和/或控制器,用于控制或设置室内空气的次氯酸中活性氯的浓度。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,包括用于容纳氯化钠水溶液的容器(7),该容器与无膜电解槽相连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,使用一层或多层电线缠绕在电解槽(4)圆管外面的线圈(5)与产生交流电压的电源相连接,在电解槽里产生极化所需要的电场与防止阴极结垢所需要的磁场。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,其中用于储存次氯酸和接收氯化钠水溶液的容器(8,11)至少一个是空气密封的,并通过脱气喷头(9)与电解槽(4)的流体相连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,在至少一个用于储存次氯酸和接收氯化钠水溶液的容器(8,11)上装有空气抽吸装置,能使次氯酸储罐产生负压。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,包括两个容器(8,11),用于储存产生的次氯酸溶液和接收氯化钠水溶液,这两个容器可以通过开关元件进行流通,可拆卸也可连接在一起,次氯酸存储容器中至少一个是超声波喷雾器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,包括监测次氯酸溶液浓度的游离氯电流信号式传感器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,采用测定空气湿度的传感器,和/或空气颗粒计数器,和/或氯气传感器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,采用超声波喷雾器产生消毒气溶胶,其为颗粒大小为1微米至10微米的干雾。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,超声波雾化头采用陶瓷、特氟隆(Teflon)或高合金不锈钢等耐腐蚀材料制成。
11.一种生产、极化并喷雾次氯酸的工艺方法,用于人员经常使用的房间内空气和表面的人机共存的消毒,该工艺方法采用权利要求1-10任一项权利要求所述的装置进行,包括:
a)提供所述装置,
b)电解前加酸降低容器中的氯化钠水溶液的pH值,调节到3.2至6之间,优选地3.5至5之间,
c)采用电解槽上的线圈产生5mT到50mT之间的高频脉冲电磁场,
d)将氯化钠水溶液电解,生产次氯酸,并含有一定浓度的氯化钠,
e)使用发明装置的电磁场极化次氯酸,
f)将极化性次氯酸用超声波雾化头产生干雾,采用鼓风机喷出装置,超声波的频率设置在1.3MHz到2.4MHz之间,
g)通过控制元件控制室内空气中的游离氯浓度或采用至少一个传感器测量室内空气中的游离氯浓度,将室内空气中的游离氯浓度保持在0.1mg/m3-2 mg/m3之间,优选地在0.25mg/m3-0.5mg/m3之间,或者在0.01mg/m3至0.25mg/m3之间,尤其是在0.02mg/m3至0.1mg/m3之间。
12.根据权利要求11所述的工艺方法,其特征在于,在步骤e)之后和步骤f)之前,增加步骤e1),将产生的极化次氯酸溶液通过喷嘴高速喷入至少一个用于储存次氯酸溶液的容器中,用来脱气。
13.根据权利要求11或12所述的工艺方法,其特征在于,在步骤b)采用氯化钠溶液,用蒸馏水或纯自来水配制的氯化钠浓度为0.5%至5%,优选为1%至1.5%(重量)。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的工艺方法,其特征在于,在步骤f)前的极化次氯酸中活性氯浓度在50至400毫克/升之间,优选在100毫克/升至300毫克/升之间。
15.根据权利要求11所述的工艺方法,其特征在于,将步骤f)之前的工艺步骤e)重复一次或多次。
16.根据权利要求15所述的工艺方法,其特征在于,是在步骤f)之前,增加步骤e2),将次氯酸溶液储存在发明装置之中或其它的瓶罐里,存储一段时间后的次氯酸,可继续回到本工艺流程步骤e)与步骤f)。
17.根据权利要求16所述的工艺方法,其特征在于,e2)在本发明装置或其它容器中储存了较长时间的次氯酸,在步骤f)之前做一次或多次极化处理e)。
18.权利要求11所述的工艺方法,其特征在于,在步骤g)中通过控制喷雾时间控制室内空气中的游离氯浓度。
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