Biocidek

A biocidek bizonyos élőlénycsoportokat szelektíven károsító vegyületek.

A biocidek két csoportba sorolhatók: oxidáló biocidek és nem-oxidáló biocidek. Az oxidáló biocideket általában csak édesvízi rendszerekben alkalmazzák, mivel azok aktivitása az előállított vízben lévő szerves anyag miatt gyorsan csökken. A nem-oxidáló biocidek a kémiai vegyületek széles spektrumát fedik le, melyek különböző környezetekben alkalmazhatók.

1. Oxidáló biocidek

- Klór

A klór (Cl₂) vízzel reagálva sósavat (HCl) képes. A sósav hipoklorit ionná (OCl^-) disszociál, amely biológiailag aktív:

Cl₂ + H₂O < >  H⁺ + Cl^- + HOCl < >  H⁺ + OCl^-

A hipoklorit ionok koncentrációja a rendszer pH-jától függ. A klór a 6-8 pH közötti tartományban a legaktívabb.

A klórt széles körben alkalmazzák édesvízi rendszerekben; gyakran beinjektálják a betáplálás forrásánál annak érdekében, hogy kontrollálható legyen a rendszerben a mikrobiológiai populáció. A klór hatékony védelmet jelent számos mikroorganizmussal eszemben. Azonban a több évtizedes klór-használat eredményeként fokozódott a mikroorganizmusok ellenállóképessége, és a klór reakcióhajlama hátrányt jelent a biofilmek fertőtlenítésében. A klór reakcióba lép a biofilmen lévő szerves anyagokkal és vassal, és nem a baktériumok elpusztításában vesz részt.

A klór előállításához higanyt &ndash; egy rendkívül szennyező elemet használnak és negatív melléktermékek képződnek a klór alkalmazása során, pl. trihalometán. A THM csoportba tartozó vegyületek szabad gyököket szabadítanak fel az emberi szervezetben. Ezek sejtkárosodást okoznak és rákkeltők.

A klór előállításához szükséges reaktor egy olyan biztonsági kockázatot magában hordozó tényező, amely különleges biztonsági intézkedéseket és politikákat igényel. Végül, de nem utolsó sorban, a klór önmagában is rákkeltő. Az általános hozzáállás a klórral kapcsolatban a felhasználás csökkentését idézte elő. Példaként, az EU tagállamok kormányai más biocidre való áttérést szorgalmaznak, elkerülendő a klórral járó egészségügyi és környezetvédelmi kockázatokat.

- Klórtartalmú fertőtlenítő vegyületek

A klórtartalmú, fertőtlenítő hatású vegyületek között szerepel a nátrium hipoklorit oldat [NaOCl] valamint a kalcium hipoklorit (száraz klór) [Ca(OCl)₂]. Ezen anyagok használata során elkerülhető a klórgáz használata mellett fellépő veszély és a kezeléssel járó kényelmetlenség, de ezek az anyagok nagyobb térfogatúak. A nagy mennyiségű kalcium adagolása vízkő-lerakódási problémákat is előidézhet egyes rendszerekben. Táblázatok alapján kiszámítható, hogy adott mennyiségű klórból képződő hypoklorit ion koncentráció mekkora mennyiségű klórtartalmú vegyülettel biztosítható.

A klórtartalmú vegyületek ugyanolyan hatékonyak, mint a klór, nagyobb mennyiségben kell azonban ezeket használni, de valószínűleg rákkeltő tulajdonságú vegyületek. Az alkalmazással kapcsolatos általános hozzáállás megegyezik a klór esetében leírtakkal.

- Klórdioxid

A Klórdioxid (ClO₂) egy hatékony oxidáló vegyület, ami alkalmas szerves anyag, biomassza és vasszulfid lerakódásoknak a rendszerből való eltávolítására. Emiatt az injektáló és szennyvíz kutak megtisztítására széles körben alkalmazzák. A klórdioxid szélesebb pH skálán képes kifejteni hatását, mint a hipoklorit és kevésbe befolyásolja a szervesanyag és ammónia jelenléte.

Hagyományosan, a klórdioxidot a helyszínen állítják elő. Általában három prekurzor szükséges a klórdioxid előállításához: nátrium hipoklorit (NaOCl), sósav (HCl) és nátrium klorid. A reakció két lépésben zajlik le. Az első lépésben a 15% töménységű HCl reagál a a 10%-os NaOCl-dal, így 6%-os vizes klór oldat képződik.

2HCl + NaOCl > Cl (aq) + H₂O + NaCl

A 6 t% klór ezt követően reakcióba lép a nátrium kloriddal:

Cl (aq) + 2NaClO₂ >  2ClO₂ + 2NaCl

A klórdioxid egy rendkívül &bdquo;gyors&rdquo; biocid. A másodperc töredéke alatt elpusztítja a mikroorganizmusokat, maradvány nélkül (a klór nagyjából 7 másodperc alatt pusztítja el a mikróbákat és sporidium maradványokat hagy hátra).

- TwinOxide^R

Ahol a TwinOxide^R koncepció képes a 0.3% klórdioxid oldatrendszerbe juttatására, ott az alapok teljesen eltérnek a klasszikus klór dioxidtól. Amellett, hogy ez egy olyan új eljárás, amely két por-alakú komponensből áll, +99% ClO₂ hozamot biztosít. Emellett nem robbanásveszélyes, por alakban garantáltan 5 évig megőrzi a minőségét, az aktivált 0.3% oldat formájában a kémiai felezési ideje 30-60 nap (tárolási körülményektől függően).

A TwinOxide^R rendelkezik a klórdioxid valamennyi kedvező tulajdonságával, emellett az alábbi pozitív jellemzőkkel is:

• Nincs szükség reaktorra a ClO2 előállításához.

• Nem gázfázisú, hanem ClO2 oldat.

• Nem robbanásveszélyes.

• pH tartomány 4-10 között.

• Hatékony a biofilmek és a vízben előforduló gyakoribb baktériumokkal szemben.

• Nem alakul ki rezisztencia.

• Nem korrozív.

• Kedvező hasznos élettartam tulajdonságok.

• Könnyen szállítható és kezelhető.

• Nem képződik THM, szabad klór, -klorit, -klorát és &ndash;klorid.

• Egyszerűen alkalmazható hétköznapi adagoló rendszerekkel.

• Nem jelent veszélyt az egészségre és a környezetre.

• Tiszta, alkalmazható ivóvízellátó rendszerekben.

• A klórnál 260%-kal jobb biocid hatás.

• A klórral összehasonlítva legalább 10-szeres oxidáló hatás.

- Klóraminok

A klóraminok csoportja (pl. ammónium klorid, monoklóramin [NH2Cl] a sósav és ammonia reakciójának termékei. Az ammóniumot 3:1 arányban adják a klórhoz, és minden ppm klórból 1 ppm monklóramin képződik.

A monoklóramin fertőtlenítő hatása kevesebb mint 5%-ka a klórnak (!!) idő/koncentráció alapján vizsgálva. Azonban a monoklóramin a klórnál hatékonyabban oldja fel a biofilmeket és pusztítja el a baktériumokat. Ennek oka, hogy a monoklóramin nem anyira reakcióképes, hogy más biofilm alkotókkal reakcióba lépve, elhasználódjon, ezért ki tudja fejteni fertőtlenítő hatását. Ha a baktériumok már megtelepedtek egy rendszerben, akkor azok tökéletes elpusztítása szinte lehetetlen drasztikus intézkedések nélkül.

A klóramin viszonylag korrozív, ammónia adagolását igényli és egyes kutatók véleménye szerint rákkeltő hatású.

- Bróm

A bróm (Br₂) nagyon hasonlatos a klórhoz. Általában szilárd halmazállapotú vegyületként alkalmazzák (1 bromo-3- kloro-5,5- dimetilhidantoin) ami bróm hidroxidot és klór hidroxidot képez a vízben.

Magasabb pH értékeknél a bróm hatásosabb a klórnál, de rendelkezik a klór negatív mellékhatásaival is. Emelett egy rákkeltő melléktermék képződik, a bromid.

- Ecetsav

Az ecetsav a peracetátsav reakciójának terméke. Az ecetsav-félék a mikroorganizmusok fontos tápláléka, ezért a baktériumok növekedésnek, szaprpdásnak indulnak perecetsav adagolást követően. Az ecetsav származékok a szerves peroxidok csoportjába tartoznak: 5.2/5b osztály &ndash; ezek rendkívül veszélyes minősítésű osztályok. Az ecetsav a hidrogén peroxid derivátuma és a fertőtlenítési spektrumuk rendkívül korlátozott. Az ecetsavat katalizátorok rendkívül gyorsan hatástalanítják (pl. rozsda, por, fémek) és komoly balesetveszélyt okozhat, ha egy fémtárgy (szög, csavar, érme, toll, stb.) véletlenül peroxidot tartalmazó edénybe esik. Ilyenkor a heveny reakció hatására a folyadékot tároló edény felrobbanhat. Ezért az ezzel fertőtlenített víz csak csekély mennyiségű vasat és mangánt tartalmazhat.

2. Nem oxidáló biocidek

- Formaldehid

A formaldehidet (HCHO) általában vizes oldatában használják (37%). Alkalmazása viszonylag korlátozott, mivel csak nagy dózis esetén hatásos. Reakcióba lép az ammóniával, a hidrogén szulfiddal és oxigén-fogyasztókkal. Erősen rákkeltő és számos országban tiltott szer.

- Glytarealdehid

A glitatealdehid (pentánedial, OCH[CH₂]₃CHO) széles körben alkalmazott vegyület az olajiparban. Hatékonyságának fokozására gyakran elegyítik más biocidekkel vagy felüleltaktív anyagokkal. Nem lép reakcióba a szulfidokkal, nem ionon (kompatibilis más vegyszerekkel) és jól tűri a sókat illetve a kemény vizet. Az ammónia, a primer aminok és oxigén fogyasztók deaktiválják.

- Akrolein

Az akrolein (H₂C=CHCHO;2-propenol) egy nagy reakcióképességű anyag, hatékony biocid és kénfogyasztó. Szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú, rendkívül irritálja a szemet és a nyálkahártyát, kezelése szakszerűséget és figyelmet követel. A rendszerbe való juttatása szivattyúzással vagy kiszorítással történik oxigén-mentes nitrogénnel.

3. Amin típusú vegyületek

- Kvaterner amin vegyületek

A kvaterner amin vegyületek ([R₁ R₂ R₃ R₄ N]) ipari alkalmazása több éves múltra tekint vissza. Ezeket általában alacsony oldott szilárdanyag esetén alkalmazzák. Ezek a vegyületek általában magasabb pH tartományokban fejtik ki hatásukat. A kvaterner amin vegyületek perzisztensek és kismértékű reaktivitást mutatnak más vegyszerekkel. Kénes környezetben deaktiválódnak, habzó hatásúak és lassan fejtik ki hatásukat.

- Amin és diamin biocidek

A legelterjedtebb amin/diamin (R-NH₂, R-NH-R-NH₂) a kokodiamin. Ezeket savak, mint például az ecetsav semlegesíti, és vízben oldható sót képez. Gátló hatásúak és jól alkalmazhatóak kénes vízben, de más vegyületekkel is reakcióba lépnek, különösen anionokkal. Kevésbe hatékonyak akkor, ha a vízben magas a szuszpendált szilárd anyag koncentrációja.

4. Halogénezett vegyületek

- Bronopol

A bronopol (C₃H₆BrNO₄, 2-brono-2-nitropropán 1,3dioV) por, vagy rúddá extrudált formában kerül forgalomba. Az olajiparban kútfúrások és kútlezárások során használt folyadékokhoz adagolják. Lebomlik, alacsony a toxicitása, magas pH esetén gyorsan elbomlik.

Egy másik vegyület, a DBHPA (2-2-dibromo-3nitrolo propion-amid, CHBr₂CNCONH₂) is széles körben alkalmazott. A DBNPA-k gyorsan ható és hatékony szerek, de a szulfidok csökkentik a hatásukat.

5. Kénvegyületek

- Izothiozolon

Évek óta használják baktericid hatása miatt (C₄H₄NOClS). A szulfid deaktiválja, ezért nem hatékony a szulfát redukáló baktériumokkal szemben az érett biofimeken. Kénnel szemben kompatibilis, lebomlik, de savas pH-jú környezetben nem alkalmazható.

- Karbamátok

(Alkil thiokarbamátok) Bizonyos körülmények között jobb választás lehet az izothiozolonnál, mivel hatékonyak a szulfát-redukáló baktériumokkal, sporoidokkal szemben is. Hatásukat magasabb pH esetén fejtik ki, használhatóak polimer oldatként. Magas koncentrációban kell alkalmazni, reakcióba lép fémionokkal és más vegyületekkel.

- Metronidazol

(2-metil-5 nitromidazol-1-etanol) csak anaerob organizmusokkal, szulfát redukáló baktériumokkal szemben hatékony, más vegyületekkel kompatibilis.

A Biocidek kiválasztása

Az alkalmazandó biocidet az alábbi kritériumok szerint kell kiválasztani.

• Hatékonyság: a plankton baktériumok, baktériumok, elpusztítására alkalmas legyen, minimális koncentráció és kontakt idő.

• Biztonság: személyi kockázat értékelés (biztosítás céljából, mérgező gázok, fizikai kontaktus esetére), semlegesítés követelményei, nyilvántartás, lerakás, megsemmisítés a környezetben, perzisztencia.

• Kompatibilitás rendszerfolyadékokkal: oldhatóság, particionálási együttható, pH, hidrogénszulfid jelenléte, hőmérséklet, vízkeménység, fémionok, szulfátok jelenléte, összes oldott szilárdanyag szinje.

• Kezelés: Egyszerű használat, korrozívitási hajlam, fagyáspont, termikus stabilitás, alkotóelemek elkülöníthetősége, eltarthatóság, tárolási követelmények.

Következtetések

A termékek széles skálája áll rendelkezésre amelyekkel kontrollálható a rendszerek mikrobiológiai aktivitása. A specifikus termék alkalmazása előtt figyelembe kell venni minden fontos szempontot mielőtt a kémiai beavatkozást megvalósítjuk. Laborvizsgálatoknak és monitorozásnak kell kísérnie a biocid programot, mert csak így garantálható a siker.