Биоциды в смазочно охлаждающих жидкостях

Смазочно охлаждающие жидкости (СОЖ) используются в различных операциях по обработке металла на заводах, а также в небольших мастерских. Они составленны таким образом, чтобы в дополнение к выполнению их основной функции отвечать требованиям безопасности для окружающей среды и для людей, подвергающихся их влиянию во время работы. Одной из наиболее распространенных проблем при использовании СОЖ является его микробная деградация, поскольку они подвержены загрязнению бактериями и грибами, СОЖ содержат все питательные вещества, необходимые для развития и роста микроорганизмов. Контроль и мониторинг роста микроорганизмов являются важными факторами поддержания СОЖ во время использования, пока не будет, достигнут срок службы продукта. Добавление биоцидов может внести существенный вклад в поддержание уровня качества СОЖ, защищая его от роста потенциально вредных микроорганизмов, которые могут вызвать проблемы со здоровьем у рабочих, но также влияют на качество обработки. В статье представлены результаты анализа эмульсий, которые после микробной деструкции в условиях эксплуатации, подвергающихся воздействию чрезвычайно высоких и низких температур, обрабатываются биоцидами различного химического состава. 

ВВЕДЕНИЕ

Жидкости, которые растворяются в воде, разделяются на водная эмульсия «молочная», полусинтетические и синтетические водные растворы которые очень чувствительны к микробиологическим загрязнением. Вода, используемая для приготовления эмульсии является очень серьезными источником микробиологического загрязнения и сам состав СОЖ уже содержит все элементы, которые хороши для развития и питания бактерий. В производственных помещениях со временем готовая Эмульсия вызывает ухудшение качества до состояния не способного, выполнять функцию качественной обработки металла. Промышленная гигиена очень важный фактор для продления времени использования эмульсии. Включает в себя серию процедур от своевременного отбора проб для анализа, освежение, вентиляция, использование надлежащим образом подготовленной воды, гигиена рабочего пространства. Для обеспечения оптимального и длительного срока жизни жидкости для обработки металла, защиты от микроорганизмов, а также замедление их развитие и рост должны быть неотъемлемой частью процесса обработка металла. Поэтому состав СОЖ также включает в себя особую группу присадок - биоциды. Сегодня, особенно с этой группой продуктов, для непосредственного контакта работников, тщательно изучены характеристики металлообрабатывающих агентов, которые может оказать неблагоприятное воздействие на рабочую среду. Все компоненты, входящие в состав, в частности биоциды, классифицируются в группу химических веществ, которые могут оказывать влияние на окружающую среду или здоровье человека. Люди, работающие в этой области, контактируют с ними через кожу, одежду или вдыхая. Утилизация эмульсий, используемых в производстве, после истечение срока их службы, зависит от состава, или концентрации определенных вредных химических веществ соединения в них. 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В водорастворимых агентах для обработки метала можно найти два типа микроорганизмов, независимо друг от друга, которые загрязняют их, а именно бактерии и грибки.

Типы присутствующих организмов и их способность сосуществовать в одной и той же жидкости зависит от состава жидкости и условий окружающей среды. Основными ингредиентами СОЖ могут быть: минеральные и растительные масла, амины и амиды, синтетические и натуральные сложные эфиры, полимеры (например, полигликоли), супрессанты высокого давления (в некоторых случаях хлорпарин), эмульгаторы и вода. Именно эмульсии и водные растворы обеспечивают все необходимые питательные вещества, которые необходимы для роста микроорганизмов, таких как: C, N, P, S и другие микроэлементы. Небольшие количества неорганических солей, присутствующих в воде для приготовления эмульсий, также важны для роста микроорганизмов.

Основными факторами, которые влияют на рост микробов, помимо присутствующих питательных веществ и воды, являются температура и рН эмульсии или раствора.

Оптимальный температурный диапазон, в котором развиваются микрорганизмы, составляет от 35 до 40 ° С, что является рабочей температурой в большинстве централизованных эмульсионных систем.

Что касается значения pH, идеальным диапазоном роста бактерий является нейтральная или слабокислая среда (pH от 6,5 до 7,5), оптимальное значение pH для развития и роста грибов составляет от 4,5 до 5,0. Хотя некоторые виды бактерий и грибков могут выживать в жидкостях с pH за пределами этих пределов, при увеличении pH 8,5 и выше, разнообразие их видов уменьшается.

Выживание микроорганизмов и их рост в СОЖ можно контролировать или даже предотвращать, воздействуя на все эти факторы. Качество воды и pH - два фактора, которые можно легко изменить. Доступность питательных веществ может регулироваться путем тщательного отбора сырья, которое более устойчиво к микробной деградации. Компоненты, такие как бораты, некоторые амины и биоциды, могут замедлять рост микробов. Температуру жидкости контролировать сложнее, но доступность кислорода путем аэрации или циркуляции может, по крайней мере, изменить микробную популяцию (переход анаэробных бактерий в аэробные).

БАКТЕРИИ

Бактерии - это одноклеточные организмы, которые не содержат внутренних клеточных органелл, которые можно найти в высших формах жизни, и классифицируются как грамположительные и грамотрицательные, в зависимости от структуры их клеточной стенки, а также как аэробные или анаэробные типы, в зависимости от их потребности в кислороде.

Анаэробные бактерии часто встречаются в СОЖ, и они не могут развиваться в присутствии кислорода, но они могут переносить очень короткое воздействие кислорода перед уничтожением. При использовании в производстве, при некоторых видах обработки, поступление в емкость с эмульсией так называемого инородного масла, чаще всего гидравлическое масло, или масло для направляющих скольжения. На многих станках устанавливают скиммеры, которые собирают отложения чужеродных масел, но в некоторой степени это не практикуется, и на поверхности резервуара с эмульсией образуется слой постороннего масла. Запасы эмульгатора могут эмульгировать определенное количество масла, но большая часть его остается на поверхности резервуара с эмульсией, будь то единая система, которая снабжает только один станок или централизованная систему, где объемы резервуара составляют до 40 м3и более. Если эмульсия не вентилируется и не охлаждается надлежащим образом, развиваются идеальные условия для развития и роста анаэробных бактерий. Соединения, полученные в результате метаболизма анаэробных бактерий, вызывают неприятный запах и могут содержать органические кислоты и токсичные и взрывоопасные газы, такие как H2S. Это приводит к ухудшению качества готового изделия.

Аэробные бактерии нуждаются в кислороде для своего роста и развития. Их можно найти во всех типах жидкостей, особенно в водорастворимых, потому что воду можно рассматривать как значительный источник загрязнения. Аэробные бактерии обнаружены в реках, озерах и почве. Когда эти бактерии присутствуют в СОЖ, они чаще всего передаются от станка к станку и быстро размножаются, особенно когда они имеют благоприятные условия.

ГРИБЫ

Грибки могут появляться в эмульсиях в виде дрожжей или плесени. Дрожжи и бактериальные дрожжи являются однодневными организмами и чаще всего имеют круглую форму. Формы состоят из более чем одной ячейки и создают сложные формы со структурой, полной спор, которые придают им порошкообразный вид. Грибки часто встречаются в СОЖ, но обычно присутствуют в более низких концентрациях и встречаются реже, чем бактерии. Грибы развиваются на твердых поверхностях эмульсионной системы, таких как трубки, верхняя поверхность внутренней части резервуара, фильтры и поверхности, на которые наносится эмульсия.

БИОПЛЕНКА

Большая часть микробной популяции в центральных системах охлаждения и смазки может существовать в виде биопленок. Биопленка часто состоит из различных популяций микроорганизмов и имеет сложную структуру, и поэтому на поверхности системы и внутри нее могут оставаться различные химические соединения, которые являются составными частями СОЖ, и другие живые клетки микроорганизмов. Биопленки могут иметь различную толщину, но обычно находятся в диапазоне от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. На рисунке 1 показана биопленка с поверхности СОЖ из обрабатывающего станка. Микроорганизмы, которые растут в самой биопленке, защищены от условий, которые преобладают в жидкой эмульсии, и, следовательно, на их химический рост и развитие не могут влиять химические и микробиологические агенты, которые составляют неотъемлемую часть состава. Кроме того, по указанным выше причинам последующая обработка эмульсии биоцидами имеет ограниченную работу с микроорганизмами в биопленке. Наличие биопленок в центральных системах СОЖ может объяснить, почему обработка биоцидом зараженных эмульсий, которые эффективны при лабораторных испытаниях, иногда возникают в реальных условиях эксплуатации.

Рис.1 - Фотографии накопления биопленки, эмульсии в системе 1.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В последнее время произошли серьезные изменения в технологии работы заводов, основным видом деятельности которых является металлообработка. Из-за отсутствия надежных долгосрочных контрактов, снижение серийных заказов, происходит прерывистый режим работы оборудования, с частым переходом к обработке различных материалов. Хотя СОЖ составляют менее 3% от общей стоимости продукта, предприятия стремятся эксплуатировать эмульсию в системе дольше, не обновляя и не заменяя ее. Поскольку считается, что его эмульсия представляет собой рост подконтрольных микроорганизмов, изучение этой части микробиологии стало реальной проблемой.

Для исследования были выбраны две эмульсионные системы на двух разных заводах, в резервуарах которых использовался идентичный концентрат для приготовления эмульсии.

Подготовка системы СОЖ и приготовление эмульсий

В таблице 1 приведены характеристики концентрата СОЖ, из которых были приготовлены эмульсии.

Лучшая стратегия - начать борьбу с бактериями и грибами с самого начала при выборе СОЖ, водоподготовки, а так же обучение персонала на местах по правилам мониторинга состояния качества и процедурам восстановления качества. В обеих системах движения концентрат СОЖ был выбран биоцид, используемый в составе концентрата СОЖ, согласно лабораторным испытаниям, эффективен в конечной готовой эмульсии СОЖ в концентрации от 0,25 до 0,75%. По основному химическому составу этот биоцид представляет собой: 3,3′-метиленбис[5-метилоксазолидин], Пиридин-2-тиол-1-оксид, натриевая соль, 2-(бутоксиэтокси)этанол, Алкилполиэтиленгли-коль-полибутиленгликоле-вый эфир, Тридецилполиэти-ленгликолевый эфир, этилен гликоль. Этот биоцид влияет на здоровье работников, работающих с СОЖ, все больше исследуется и является предметом многих научных работ.

Согласно данным, предоставленным производителем, концентрация формальдегида в конечном продукте-эмульсии отсутствует и не влияет на здоровье человека.

В таблице 2 перечислены минимальные количества биоцида, который является неотъемлемой частью рецептуры используемого СОЖ, необходимого для эффективной защиты от различных типов бактерий, грибков и дрожжей. Данные получены от производителя биоцидов.

Следующим важным шагом является подготовка системы эмульсии, состоящая из промывки и дезинфекции всех частей (трубопроводы, эмульсионные резервуары, сопла, инструменты) с инструментами, которые содержат и соответственно биоциды. Это предотвращает загрязнение новой эмульсии, как бактериями, так и грибками.

В таблице 3 перечислены данные объема для эмульсионных систем станков на 2 предприятиях. Химическая состав дезинфицирующего средства добавляемого в СОЖ были разные.

В системе № 1 для мытья и дезинфекции оборудования на неосновном биоциде формальдегид. Активные вещества основаны на: 3-йодо-2-пропинилбутилкарбамат, 1,2-бензизотиазол-3 (2H) -он, этоксилированный спирт и натрий гидроксид.

В центральной системе отмечена цифра 2. был использован продукт, использованный производителем гарантия того, что при концентрации 0,25 - 0,75% рабочая эмульсия успешно уничтожает микроорганизмы, которые перечислены в таблице 4.

Таблица 3. Данные по центральным эмульсионным контейнерам и способам приготовления эмульсий.

Моющее и дезинфицирующее средство было добавлено к эмульсии, которая больше не действовала для обработки при концентрации 5%. После активности активных веществ, во время циркуляции в течение примерно 8 часов, эмульсия высвобождалась, система промывалась чистой водой и только после этого начиналось приготовление новой эмульсии.

Анализ образцов эмульсии от эксплуатации после трех месяцев использования

Хорошая промышленная гигиена должна поддерживаться в течение определенного периода времени с использованием эмульсии и своевременного отбора проб для анализа в соответствующих лабораториях. Анализ рабочей эмульсии включает ряд характеристик, которые могут быть выполнены в условиях предприятия, таких как измерение pH, анализ концентрации эмульсии ручным рефрактометром, цвет внешний вид эмульсии. Большинство предприятий не имеют такой практики, как отмечено предприятие 1. На предприятии, система которого обозначена номером 2., введена система контроля качества эмульсии. После образования эмульсий в обеих системах впервые после трех месяцев эксплуатации специалисты по применению продуктов в условиях эксплуатации отобрали образцы рабочих эмульсий для анализа. Результаты анализа из обеих систем показаны в таблице 6. Пробы были взяты непосредственно из возвратной воды для эмульсии и в соответствующих контейнерах переданы в аналитическую лабораторию. От взятия пробы для анализа основных характеристик, таких как pH, стабильность, коррозия и анализ присутствия бактерий или грибков, не длились более 20 часов, поскольку более длительный выброс эмульсии мог дать неверные результаты вышеуказанных анализов.

Значение рН двух эмульсий не показало изменений в этой функции. Обе эмульсии имели характерный запах и молочный светлый цвет. На поверхности эмульсий из эмульсионного резервуара до отбора проб не было обнаружено постороннего масла. Хотя не наблюдалось ухудшения эмульсии, изменения цвета или падения pH, был проведен тест на микробиологическое загрязнение для определения количества бактерий и грибков. Этот анализ был выполнен с использованием «Dip slide». Питательные вещества типа «Dip slide» используются для измерения количества анаэробных бактерий в водных растворах, в данном случае в эмульсиях "металл-эмульсия". С одной стороны находится база для определения питательных веществ и определения общего количества бактерий, а с другой стороны - питательная среда для определения общего количества грибов. Эти пластины помещены в пластиковую стерильную пробирку, которая также сохраняет влажность питательных веществ до использования.

Рис 2. - Общий вид «Dip Slide».

Использование питательной среды «Dip Slide» для анализа микробиологического загрязнения образцов эмульсии от эксплуатации имеет ряд недостатков, таких как:

• длительное время ожидания по результатам испытаний и возможных корректирующих мер.

• длительное время реакции загрязненной эмульсии.

• субъективная оценка результатов теста.

• хранение данных затруднено, потому что результаты субъективных испытаний записываются.

Рис. 3 - Инструкция для «Dip Slide».

Колониеобразующие единицы, обычно сокращенно обозначаемые как КОЕ, относятся к отдельным колониям бактерий, дрожжей или плесени и используются как мера количества микроорганизмов, присутствующих в или на поверхности образца. Они могут быть выражены как КОЕ на единицу веса, на единицу площади или КОЕ на единицу объема, в зависимости от типа теста.

Рис. 4 - Вид «Dip Slide» Уровень поражения гирибками.

После шести месяцев использования образцы эмульсий из систем 1 и 2 были проанализированы в лаборатории. Результаты анализа приведены в Таблице 4.

Результаты анализа образца из предприятия № 1 показали, что произошло ухудшение всех характеристик, которое наблюдалось уже при отборе образцов. Эмульсия использовалась для обработки металла в три смены. Эмульсия не была достаточно охлаждена, обслуживание систем баков СОЖ не производилось, произошло микробиологическое загрязнение, и вскоре эмульсия стала выделять газ H2S, она приобрела серый цвет и появилась стратификация или слой так называемого инородное образования на поверхности баков станков. Это был сигнал вызова, чтобы взять образец эмульсии и отправить его в лабораторию для анализа.

Таблица 4 - Результаты анализа образцов эмульсий из предприятий 1. и 2., взятых в зимний (три месяца) и весенний периоды (шесть месяцев использования).

Образцы с предприятия № 2, хотя никаких проблем при обработке не наблюдалось. Однако, учитывая благоприятные условия для развития микроорганизмов (оптимальная температура и увеличенное время обработки), этот образец также был проанализирован.

Рис. 5 - Результаты и обработка показаний «Dip Slide».

Микробиологический анализ грибов показан на рис. 5, где определенное количество плесени было обнаружено на питательных веществах, обработанных эмульсией из предприятия 1. который в соответствии со стандартом оценивается как среднее загрязнение, помеченное знаком «++». Эмульсия из предприятия № 2 может быть помечена знаком «+», так как очень слабо загрязнена плесенью. На основе питательных веществ для определения бактерий образцы предприятия 1. было обнаружено присутствие 106 колоний бактерий на мл. В предприятии № 2 было обнаружено от 102 до 103 колоний бактерий на мл, что не вызывало проблем для восстановления. Значительное снижение pH в эмульсии предприятия № 1. только подтвердило наличие большого количества бактерий. Анализ концентрации был низким, эмульсия недостаточно обновлялась, что уменьшало запасы биоцидов и приводило к полной деградации СОЖ. Анализ присутствия концентрации постороннего масла показал, что многие факторы вызвали деградацию эмульсии.

Восстановление эмульсия № 1. В лабораторных условиях

Было обработано несколько образцов при помощи биоцидов.

В первом образце (рис. 6, фрагмент № 1) был добавлен биоцид на основе фенола, и был проведен микробиологический анализ «Dip slide». Этот биоцид дал лучший результат, но он входит в список нежелательных биоцидов, из-за незначительного воздействия на здоровье человека. 0,3% 3,3′-метиленбис[5-метилоксазолидин] добавляли ко второму образцу (пластина № 2). Результаты анализа являются приемлемыми, и коррекция эмульсии из предприятия № 1 может быть восстановлена. В третьем образце (номер 3) было добавлено 0,2% того же самого биоцида на основе производных формальдегида и триазина, и результаты анализа питательных веществ показали, что образовалось несколько бактерий колонии, чем при более высокой концентрации (0,4%) Образец № 2. В четвертом примере (плитка № 4) было добавлено 0,3 % неформальдегидного биоцида, а активные компоненты были на основе бутилбензизотиазолинона. Этот биоцид был наименее эффективным, а результаты анализа были худшими.

Рис. 6 - «Dip Slide» восстановление эмульсии.

Восстановление эмульсии № 1 на предприятии

Востановление эмульсии в предприятии 1 выполняется в несколько этапов. В первый был добавлен биоцид, использованный во втором образце при лабораторной обработке, в концентрации 0,4%, при этом концентрация эмульсии была улучшена до 5%, инородное масло было собрано. Было принято решение очистить систему биоцидами так же, как и в начале. В случае более детальной очистки системы скопления биопленки были механически удалены, что стало причиной более быстрого микробиологического загрязнения. Коллекции биопленок, скомпилированные из системы 1, показаны на фотографии, рисунок 1 (показан в теоретической части).Анализ воды из специального резервуара, из которого берется вода для приготовления эмульсии, определялся наличием водорослей, которые являются пищей для бактерий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на наличие большого количества биоцидов, которые могут быть добавлены в состав концентрата и превентивно воздействуют на эмульсии или последующую обработку, т.е. добавляя к уже загрязненной эмульсии, борьба с микробиологическим загрязнением СОЖ является сложной задачей. Это требует постоянного мониторинга рабочих эмульсий, отбора проб для анализа, лабораторного оборудования и обучения персонала. При особой не возможности организовать данный процесс своими силами предприятия могут воспользоваться услугами сервисных компаний обладающих оборудованием, специальными жидкостями и обученным персоналом для проведения данных работ.

Несмотря на то, что на предприятии № 1 проводится водоподготовка, не было своевременно обнаружено, что эта вода для приготовления эмульсии долгое время стояла в специальном резервуаре, в котором происходило накопление водорослей и развитие бактерий. Во время дезинфекции и промывки системы не было никаких удалений биопленок, что привело к более быстрому микробиологическому загрязнению, хотя биоцид был обнаружен. Повышение температуры эмульсии способствовало более быстрому развитию бактерий, а работа в три смены приводила к более быстрому падению концентрации эмульсии, которое не было своевременно увеличено, и, таким образом, уменьшало количество биоцидов.

Обработка различными биоцидами загрязненных эмульсий в лабораторных условиях показывает, что в этом случае необходимо провести обширные испытания и выбрать биоцид, наилучшим образом подобранный по составу и степени загрязнения эмульсии. Биоциды на основе фенола запрещены за возможные неблагоприятные воздействия на здоровье человека, хотя они долгое время успешно использовались в качестве профилактических средств наряду с некоторыми другими компонентами или в системах для дезинфекции. Концентрация формальдегида в составе отдельных биоцидов ограничена и направлена на полное исключение, поэтому производители биоцидов комбинируют различные компоненты, которые на практике недостаточно эффективны.