溴是卤族元素之一,是在室温下呈现液态的非金属元素。溴及其化合物可被用来作为阻燃剂、净水剂、杀菌剂、染料等等。
溴单质非常活泼,得电子的能力很强,有很高的氧化活性,可以和很多有机化合物发生反应。溴的活性介于氯与碘之间,是比碘制剂氧化性更强、杀菌性能更好的制剂。溴单质水解可产生次溴酸,次溴酸可以改变膜的通透性,导致蛋白质变性,是很好的消毒剂,对细菌、真菌、病毒、芽孢都有很强的杀灭作用,属于广谱型杀菌剂,不易产生抗药性。
溴分子即溴素在标准温度和压力下为深红棕色发烟挥发性液体,在空气中会迅速挥发。溴蒸气具有腐蚀性,有刺激性气味,其烟雾能强烈地刺激眼睛和呼吸道,使用条件苛刻,需要的设备和容器才能安全生产和存储。高稳溴不是化学键相连接起来的化合物,它是分子间具有一定亲和力的部分相互吸引靠拢或以静电引力形成的化合物。创新性的使用稳定剂和表面活性剂将溴单质络合其中,形成稳定结构,克服了溴素易挥发易腐蚀使用不便捷的缺陷。
高稳溴可以做氧化剂和消毒剂单使用,还可以与碘制剂复配,起到协同增效的作用。高稳溴也可以作为增效剂与其他消毒剂、水质改良剂等原料配伍,提高产品本身的性能,扩大使用范围,增强产品使用效果。
稳定:不易挥发、存放过程中不会跑溴。易运输:可以使用普通塑料容器盛放。使用便捷:腐蚀性小,应用灵活。包装贮运50kg塑料桶,防潮、防雨,阴凉干燥处保存,远离其他化学品,不宜与碱性物质混放,运输过程中防晒。
国外从20世纪70年代开始开发活性溴杀菌剂,经过近半个世纪的发展,单一组分活性溴杀菌剂的种类日益丰富,由初的小分子无机物拓展到如今的高分子有机物,从结构和功能上得到了不断的完善,投加方便性和杀菌性能也得到了较大提升。单一组分活性溴杀菌剂的种类包括无机、有机和高分子活性溴杀菌剂。
有机活性溴杀菌剂
目前报道的有机活性溴杀菌剂主要集中在N-卤胺类化合物上,该类化合物的N—X化学键具有很高的反应活性,是活性溴的重要来源。
1.2.1 卤代海因
在有机活性溴杀菌剂中,工业化产品主要以溴氯海因类为代表,包括溴氯二甲基海因(BCDMH)和溴氯甲乙基海因(BCMEH)等,该类杀菌剂杀菌活性高、毒性低、对环境污染小,广泛用于工业循环水和废水处理系统,其杀菌效率为常规含氯消毒剂的20倍。溴氯海因在水中能够杀菌主要是通过它在水中水解产生的次卤酸发挥作用,在pH 7~9时,溴主要以次溴酸的形式存在,次溴酸将巯基和氨基氧化发挥杀菌作用,本身被还原为Br-;Br-被活性氯(N—Cl或HOCl)氧化为次溴酸,再次被激活,实现了二次杀菌的功能,剩余下5,5-二甲基海因,它在自然条件下能被光、氧、微生物等在较短时间内分解为氨和二氧化碳,不会因为残留而污染环境。研究结果表明,BCDMH在25 ℃自然条件下,溶于水5 d后的降解率即达到88.97%,7 d后的药残已低于初始浓度的1%。
随着水处理药剂广泛和大量的使用,许多被广泛认同的杀菌灭藻剂在长期使用后失去了它应有的效力。在很多领域,包括医药、消毒、工业水处理等都由于微生物、细菌等抗药性的存在,导致大量投资研发的药剂使用一段时间后失去了它的功效,给工业生产带来了不小的麻烦。为此,很多学者尤其是国外的科学家,从20世纪50年代初开始研究微生物的抗药性,将不同作用机制的杀菌剂进行有效复配是已经得到广泛认同的能够改善微生物抗药性的一种有效途径。同时,复配还可以弥补杀菌剂单使用时的局限,产生协同增效的作用,更有助于开发、多功能的活性溴杀菌剂。
2.1 以无机活性溴杀菌剂为基础的复配活性溴杀菌剂
目前使用较多的一种制剂是由卤素稳定剂、氧化剂、活性溴源以及其他助剂组成,其中卤素稳定剂以胺类为主,氧化剂以氯气、次氯酸钠和双氧水为主,活性溴源以液溴、氯化溴和无机溴盐为主。复配后的无机活性溴杀菌剂在25、40 ℃条件下贮存,180 d后有效含量分别只衰减了0.8%、2%。复配增强了无机活性溴杀菌剂的稳定性,使运输、储存和投加更为方便,突破了无机活性溴杀菌剂在工业应用上的限制。
另一类制剂是将无机活性溴杀菌剂与作用机制不同的有机溴杀菌剂进行复配。2014年D. Feldman等将无机溴盐作为活性溴来源与2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)进行有效复配,研究结果表明,高浓度的无机溴盐水溶液不仅对于复配的杀菌剂具有稳定和分散作用,而且与DBNPA具有协同增效的作用。
冲击性添加非氧杀菌剂12个月后的数据比较
非氧化性杀菌剂使用12个月后,#1反渗透2016年8月化学清洗前数据与2015年8月同期使用非氧杀菌剂时化学清洗前数据作比较,#1反渗透经过一整年的运行,进水压力、段间压差、产水量、产水电导率等各项指标几乎与上一年度的数据持平。
使用非氧化性杀菌剂之后,对抑制微生物生长的作用是十分明显的,并能够使反渗透系统在连续运行情况下保持一个较高的产水量、回收率的运行状态。
4.2冲击性添加非氧化性杀菌剂60个月后的数据比较
冲击性使用 150ppm后,反渗透系统能够稳定运行,实现在7×24h高负荷的生产需求。
4.3运行5年后标准化产水量
以2015.8.28运行数据作为标准状态,将2019.3.27产水量标准化后进行比较。与投运初期的运行数据相比较,该系统的产水量下降了21.3%,就5年的运行时间而言,这一结果令人满意。
DBNPA对抑制微生物生长的作用是十分明显的。在使用非氧化性杀菌剂 后,能够使反渗透系统在连续运行情况下保持一个较高的产水量、回收率、膜通量。
(2)长期使用 能够使预处理各个工艺部件包括管道保持在较好的微生物控制水平。本项目中,在使用非氧化杀菌剂 后保安过滤器滤芯更换周期从20天延长至40天,反渗透系统化学清洗周期从2个月延长至4-6个月,并且清洗恢复效果明显。
(3)反渗透预处理中,在不使用次氯酸钠等常规氧化性杀菌剂和还原剂时,仅使用 作为生物杀灭剂是该项目反渗透装置能够7×24h连续运行的关键所在。该项目的反渗透膜元件平均使用时间超过40000小时。
(4)不使用次氯酸钠以后,反渗透系统可以避免因氧化剂对反渗透膜的不可逆伤害。使得在运行管理上容错率大大提高。