溴酸盐 :含有溴酸根离子的盐类化合物

更新时间:2024-09-21 10:17

溴酸盐(bromates)是一种含有溴酸根离子(BrO3-)的化学物质,是各个饮用水行业厂家在使用消毒剂对饮用水进行杀菌的过程中,与水中含有的天然物质反应生成的副产物之一。溴酸盐在国际上被定为2B级潜在致癌物。中国及一些欧洲国家的饮用水标准规定溴酸盐的质量浓度不得超过0.01mg/L,与世界卫生组织的标准一致。

二十世纪90年代之前,溴酸钾(溴酸盐之一)曾是面粉生产和面包制作过程使用非常普遍的食品添加剂。它不仅能使面粉增白,还可以使烘焙出来的面包外形饱满、口感松软。但溴酸盐摄入量过多会损害人的中枢神经、血液及肾脏等。2005年5月,原卫生部发布公告,自2005年7月1日起禁止将溴酸钾作为面粉处理剂在小麦粉中使用。饮用水中的溴酸盐是原水经臭氧消毒后生成的副产物。在通常状态下,水中普遍含有溴离子。溴离子可调节大脑的高级神经活动,有益健康。在《饮用水天然矿泉水》GB8537—1995中,溴被列为天然矿泉水对人体有益的9项界限指标之一。鉴于溴酸盐潜在的安全风险,2009年10月,《饮用水天然矿泉水》GB8537—2008开始实施,将溴化物从天然矿泉水9项界限指标中删除,并将溴酸盐的含量列入限量指标。此后去除溴酸盐成为饮用水行业的难题。2015年2月,国家食药监管总局发布的2015年第2期食品安全监督抽检信息显示,85批次不合格饮用水中溴酸盐超标竟达到20批次。2015年5月24日,《包装饮用水》GB19298-2014正式实施。新标准不再保留菌落总数、霉菌和酵母计数、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌及志贺氏菌指标。据悉,不保留卫生指示菌,是为了防止企业过度控制卫生指示菌和杀菌导致饮用水中溴酸盐含量升高而构成健康风险。

国际癌症研究中心(IARC)认为,溴酸盐对实验动物有致癌作用,溴酸盐在高剂量时具有遗传毒性。若摄入大量溴酸盐,可引起恶心、腹痛、呕吐及腹泻。有研究报道,溴酸盐可造成水生生物(如大型蚤、裸腹蚤、斑马鱼等)生长速度变慢、运动受抑制或死亡率增加。2024年7月,香港消费者委员会对30款瓶装水进行了对比测评,因在农夫山泉、百岁山中分别检出每升3微克溴酸盐而引发关注。但检出量均未超出世卫组织的相关准则值。

生成机理

溴酸盐的生成原理相对复杂,在臭氧氧化过程中,会受到Br-浓度、臭氧投量、臭氧投加方式、温度、反应时间等因素影响。臭氧在水体中与物质的相互作用有两个途径, 一是臭氧分子氧化:二是·OH(氢氧自由基)氧化。 Br-首先被臭氧氧化为OBr-,BrO-在一定的条件下也可以重新回到Br-。OBr-的继续反应有三个途径,其一OBr-继续被臭氧氧化生成BrO2-,BrO2-在臭氧的继续作用下生成BrO3-;其二一部分OBr-在水体 中转化为HOBr的形式,HOBr与水体中的天然有机物质(NOM)反应生成三溴甲烷(CHBr3),如果水体中存在NH3,HOBr将与NH3生成溴化胺 (NH2Br),NH2Br在臭氧的作用下可以重新转化为Br-;其三OBr-在·OH和CO3-·的作用下转化为 BrO·,BrO·可以生成BrO2-,并继续转化为BrO3-。在反应的初始阶段,臭氧产生的·OH与Br-迅速反应生成Br·,臭氧与Br·的继续作用也是产生BrO· 的一个反应途径。

性质和制备

性质

溴酸盐是溴酸HBrO3的盐类。碱金属的溴酸盐,如NaBrO3和KBrO3溶于水。碱土金属溴酸盐,如Ba(BrO3)2难溶于水。受热分解。天然的水体中一般没有溴酸盐,但使用臭氧作消毒剂和去除水中有机物及病毒时,就会产生副产物溴酸盐(BrO3-)。溴酸盐可以多种盐的形式存在,最常见的是溴酸钾(KBrO3)和溴酸钠(NaBrO3)。KBrO3可在370°C条件下发生分解,溶点350°C,20°C条件下密度3.27g/cm3,40°C条件下水溶解度133g/L、100°C条件下水溶解度498 g/L;NaBrO3的熔点381°C,20°C条件下密度3.34g/cm3,8°C条件下水溶解度275g/L、100°C条件下水溶解度909g/L。溴酸盐不具有挥发性,而具有强氧化性。

制备

溴酸盐是把溴蒸气通入金属的碳酸盐或氢氧化物溶液后,再将生成的溴化物和溴酸盐用结晶法分离而制得。

用途

溴酸盐用作氧化剂和分析试剂。在家中主要用做烫发的中和剂,少量的溴酸盐可加入面粉作发面剂和用于鱼酱,也可以加入啤酒和奶油食用。

安全事宜

人体危害

试验证明,溴酸盐是基因毒性致癌诱变物,例如鼠类试验时可出现肾细胞肿瘤,水中溴酸盐浓度大于0.05mg/L时会对人体产生致癌作用,一些研究还表明溴酸盐具有致突变性。儿童摄入60~120mL的2%溴酸钾会出现深度中毒,成人摄入溴酸盐的致死剂量估计为150~385mg/kg体重。溴酸盐的常见中毒症状包括恶心、呕吐、腹痛、腹泻以及不同程度的中枢神经抑制、呼吸抑制、肺水肿等。这些症状大多数可以复原,不可复原的只有肾衰竭和耳聋。

溴酸盐摄入人体后,与胃中盐酸接触,溴酸盐即释出溴酸氢和溴离子,对组织有极度的刺激性与损害性,发生胃部刺激性炎症。溴酸盐经吸收后,产生高铁血红蛋白血症,破坏红细胞,出现溶血现象。对中枢神经有毒性作用,并可引起肾、肝实质的弥漫性损害。国际癌症研究中心(IARC)认为,溴酸盐对实验动物有致癌作用,研究显示,溴酸盐在高剂量时具有遗传毒性。因此,溴酸盐在国际上被定为2B级潜在致癌物。

环境危害

溴酸盐可以造成水生生物生长速度变慢、运动受抑制或死亡率增加,并且随着溴酸盐浓度的升高,相应的生长速度或存活率也随之下降。同时溴酸盐暴露的时间越久,表现出的毒性效应越明显。

影响因素

在O3氧化过程中影响BrO3-生成的主要因素有:pH值、温度、O3投加方式、Br-浓度、有机物浓度等。

pH值

HOBr和BrO-存在平衡关系,调节pH值可以改变中间产物HOBr和BrO-两者的比例以及·OH的含量进而改变BrO3-的生成量。

温度

温度主要是通过改变HOBr和BrO-之间的平衡和O3的稳定性来影响BrO3-的形成。温度升高时,O3的稳定性下降,加速分解为·OH,进而增加BrO3-的生成。

臭氧投加方式

研究发现,当O3投加量不变时,一次性投加与多点投加所生成的BrO3-的量是不一样的。在O3氧化过程中随着O3衰减阶段c*t值(c指O3投加量,t指反应时间)的升高,BrO3-的生成量也会逐渐增加,因此可以通过减少剩余O3量和缩短衰减阶段的接触时间来控制BrO3-的生成。

溴离子浓度

原水中Br-浓度较低时,即使投加较多的O3,经过O3氧化一般也不会形成BrO3-。Br-存在一个临界浓度,研究表明在臭氧投加量为1mg/mg DOC时,当Br-浓度从0.1mg/L增加到0.9mg/L,随着Br-浓度的升高,BrO3-的生成量也逐渐增加。

有机物浓度

有机物与Br-都能够与O3和·OH反应,两者存在竞争关系;部分有机物也与Br-反应,从而抑制BrO3-的生成。实验发现,有机物对BrO3-的抑制效果随着有机物的浓度而变化,当水中DOC浓度<1mg/L时,对BrO3-生成有促进作用,当DOC浓度>2mg/L时,对BrO3-有抑制作用。

检测与去除

检测方法

常用的溴酸盐检测方法包括两个方面:先用离子色谱法将被处理水体中的溴酸根离子与其他离子分离开来(为提高分离效率,常用质谱检测器与等离子发生器串联使用),再用电导检测(一般适用于较强的酸或碱)或光学检测器(适用于具有吸光基的化合物)进行检测。

去除方法

活性炭过滤

新颗粒活性炭过滤是将普通活性炭滤池改造为生物活性炭(BAC)滤池从而把溴酸盐还原为溴化物,但这种方法只适合于低氧浓度的情况(氧浓度<2μg/L)。

紫外光(UV)辐照

在含有溴酸盐的水中用低压汞灯(波长A=255nm)的UV光辐照,可使溴酸盐还原成次溴酸最后成为溴化物,但是所需的UV辐照量远高于一般消毒所需的剂量,所以运用此项技术去除水中溴酸盐的成本是比较高的。

加铁离子

在缺氧条件下,可以用Fe(II)还原溴酸盐。为得到充分的还原速率,一般需要相当高的Fe(II)用量(>10mg/L)。只是这种方法当遇到水中有溶解氧时会影响还原效果。

加氨或降低pH值

现实生活中,比较经济实用的办法是通过加氨或降低pH值来减少水中的溴酸盐含量,使其逐步达到安全饮用水的水平。试验表明,加氨和合理地降低pH值可以减少原水中50%的溴酸盐生成量,这对于溴化物浓度为50~150 μg/L的原水来说无疑是比较现实的控制办法。

法律法规

二十世纪90年代之前,溴酸钾(溴酸盐之一)曾是面粉生产和面包制作过程使用非常普遍的食品添加剂。但鉴于溴酸盐潜在的对人体的危害,2005年5月,原卫生部发布公告,自2005年7月1日起禁止将溴酸钾作为面粉处理剂在小麦粉中使用。饮用水中的溴酸盐是原水经臭氧消毒后生成的副产物。1993年世界卫生组织在《饮用水水质准则》中,将水中溴酸盐的限值定为0.025mg/L,2004年修改为0.01mg/L。在中国《饮用水天然矿泉水》GB8537—1995中,溴被列为天然矿泉水对人体有益的9项界限指标之一。

2009年10月,《饮用水天然矿泉水》GB8537—2008开始实施,将溴化物从天然矿泉水9项界限指标中删除,并将溴酸盐的含量列入限量指标,规定不得高于0.01mg/L。2015年5月24日,《包装饮用水》GB19298-2014正式实施,该标准属于国家食品安全强制执行标准,管理着除天然矿泉水以外的包装饮用水的安全问题。新标准不再保留菌落总数、霉菌和酵母计数、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌及志贺氏菌指标。据悉,不保留卫生指示菌,是为了防止企业过度控制卫生指示菌和杀菌导致饮用水中溴酸盐含量升高而构成健康风险。中国现行的《生活饮用水卫生标准》亦规定溴酸盐限值为0.01mg/L,与世界卫生组织的标准一致。

管制办法

欧盟规定天然矿泉水杀菌处理工艺不能使用臭氧杀菌。中国国内矿泉水生产企业来说,摒弃臭氧消毒工艺,选择无臭氧消毒工艺,如物理超滤除菌、紫外线杀菌、高温灭菌等技术可以从根本上解决溴酸盐问题,但使用无臭氧工艺对水源水质的卫生要求较高。为保障安全,有的水企还是采用臭氧和紫外线双重杀菌工艺。

要有效控制溴酸盐超标等饮用水安全问题,一方面政府要提高市场准入门槛,淘汰一批规模小、设备和工艺落后的饮用水生产企业,对跨行企业进入饮用水行业进行严格控制。另一方面,企业要加强饮用水生产管理环节控制,严格按照饮用水生产企业质量安全管理规范进行生产,让设施、设备、原料、环境等要素都合格可控,从而保证饮用水质量与安全。另外,监管部门要加大饮用水上市后监督抽检力度,严肃查处不符合食品安全标准违法行为。这也是保障饮用水安全的重要手段。

相关事件

屈臣氏、八奇等超标事件

2013年10月,广州工商局公布《2013年第二季度流通环节饮用水及饮料抽样检验情况》,饮用水的质量问题堪忧,检测的115个批次中,不合格的有20个批次,知名品牌屈臣氏、八奇、火炉山等均榜上有名。根据广州工商局的公告,同属广州八奇饮用水有限公司生产的火炉山、八奇两个品牌的桶装水均被验出溴酸盐超标。对此,广东省瓶装水协会会长罗坦分析,发生这种状况主要是臭氧投加不好,“可能是设备出了问题。”记者就事件多次联系八奇饮用水公司相关负责人了解情况,但该负责人均没有任何回应。

对于屈臣氏旗下的凉一族桶装水出现了菌落总数超标的问题,屈臣氏相关负责人姚小姐昨日向记者表示,“桶装水在出厂的时候均经过检测,也有可能是运输、储存出现问题。”同时还表示,“这批水是4月生产的,桶装水的保质期只有3个月,这些水早就卖完了。”但对于记者问及是否有查出超标原因及是否有计划对消费者赔偿的问题,姚小姐却表示,“我没有权力在媒体上发言,请发采访公函”,同时称,“回复与否要看上层领导是否愿意接受采访”,至截稿,对于问题原因、处理方案等问题,屈臣氏仍未有回复。

乐百氏等超标事件

2017年2月14日,国家食药监管总局发布通告,乐百氏(广东)桶装水发展有限公司武汉分公司生产的乐百氏饮用天然泉水溴酸盐检出值为0.014mg/L,比安全标准规定(不超过0.01mg/L)高出40%,引起众多媒体的广泛关注。3月7日,国家食药监管总局又发布通告,岫岩满族自治县沐渴水业有限责任公司生产的沐渴饮用天然矿泉水溴酸盐检出值为0.054mg/L,高出安全标准规定4.4倍。

巴马丽琅超标事件

2021年7月,江苏省市场监管局发布的关于12批次食品不合格情况的通告显示,无锡欧尚超市有限公司销售的标称“广西巴马丽琅饮料有限公司生产的‘巴马丽琅’饮用天然矿泉水(500ml/瓶,2020.12.4)”,溴酸盐含量超出了食品安全国家标准规定,检出值为0.016mg/L,标准值为≤0.01mg/L。据天眼查信息显示,巴马丽琅早在2018年就因生产溴酸盐含量标被行政处罚过。2018年6月25日巴马丽琅饮料公司因生产溴酸盐含量超过食品安全标准限量的饮用天然矿泉水被原广西河池市食药监局处罚。2020年6月24日,河南省市场监管局发布的关于11批次食品不合格情况的通告显示,商丘亳都商贸有限公司销售的标称广西巴马丽琅饮料有限公司生产的1批次巴马丽琅饮用天然矿泉水,溴酸盐检出值为0.011mg/L,标准规定为不大于0.01mg/L。

农夫山泉和百岁山风波

2024年7月,香港消费者委员会对30款瓶装水进行了对比测评,并发表文章《饮水思源 30瓶装水口味、矿物、安全检测》。结果显示,只有农夫山泉和百岁山检出2B级潜在致癌物溴酸盐,其他品牌均未检出。尽管检出值符合有关饮用水安全标准,但文章仍引发风波。7月16日,农夫山泉发文称已委托香港律师,要求香港消委会向农夫山泉及其消费者郑重道歉;并指出,香港消委会的文章存在三大错误,即适用标准错误、标准判断错误、明显主观误导。

发文内容称,农夫山泉饮用天然水产品溴酸盐含量为3微克/升,符合中国内地、中国香港、世卫组织、欧盟、美国、日本等规定的饮用水安全标准。同时,农夫山泉也肯定了出厂前采用臭氧杀菌方式:“所有瓶装水出厂前均需经过消毒环节(目前行业主要采用臭氧杀菌方式)。”百岁山也发表声明称,产品质量符合中国、欧盟及世界卫生组织的标准。对此,香港消委会回复羊城晚报全媒体记者称,确认收到农夫山泉的律师函,正进行研究及跟进。并重申,无论月刊文章、新闻稿及其他传讯文件,还是记者会上的发言,均清楚指出,全部30款测试样本没发现有害物质超出世卫组织的相关准则值,所有样本可安心饮用。

参考资料

农夫山泉、百岁山卷入溴酸盐风波.今日头条.2024-08-01

质检总局:新《饮用天然矿泉水》国家标准将出台.中国政府网.2024-08-01

严控溴酸盐风险 保障饮用水安全.人民网.2024-08-01

正确认识饮用水消毒副产物—溴酸盐,健康饮水、饮安全水!.微信公众号.2024-08-01

农夫山泉、百岁山卷入溴酸盐风波.今日头条.2024-08-11

..2024-08-12

屈臣氏桶装水被曝菌落总数超标 或已流入市场.中国经济网.2024-08-11

“巴马丽琅”1批次饮用天然矿泉溴酸盐含量超标 曾多次因溴酸盐含量问题上榜.今日头条.2024-08-01

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