БИОЦИДНАЯ СИНЕРГИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ БОРЬБЫ С БИОКОРРОЗИЕЙ
BIOCIDAL SYNERGETIC COMPOSITION FOR PREVENTING BIOCORROSION

Изобретение относится к средствам борьбы с биокоррозией металлов в природных и техногенных нестерильных жидких средах, в частности с биокоррозией нефтепромыслового оборудования.
Ежегодные потери от коррозии в мире составляют сотни миллиардов долларов. Особенно большие проблемы, связанные с коррозией, имеют место при эксплуатации нефтепромыслового оборудования [Videla H.A. (1996) Manual of biocorrosion. Lewis publishers, London]. Как правило, микробиологически индуцированная коррозия или биокоррозия разрушает металл совместно с традиционной электрохимической и химической коррозией. Считается, что потери от биокоррозии составляют примерно 20% от общих коррозионных потерь [Flemming H., "Economical and technical overview," In: Microbially Influenced Corrosion of Materials, Heitz, E., Flemming, H. and Sand, W. (eds.). Springer, Berlin, pp.6-14 (1996)].
Известен способ защиты металлов от биокоррозии путем введения ингибитора коррозии одновременно с биоцидом (Патент РФ №2088690 - прототип). Однако указанный способ эффективен лишь при условии применения высоких ударных доз биоцида, что несет угрозу экологической безопасности окружающей среды.
Задачей изобретения является разработка нового высокоэффективного и экологически безопасного средства для борьбы с биокоррозией нефтепромыслового оборудования.
Поставленная задача решается тем, что предлагается биоцидная синергическая композиция для борьбы с биокоррозией, содержащая ингибитор коррозии и биоцид, причем в качестве ингибитора коррозии используют SXT 1002, а в качестве биоцида изотиазолиновые соединения либо катон 893 F (2-октилизотиазолин-3-он), либо катон LXE (смесь 5-хлоро-2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-она), либо катон CG (смесь 5-хлоро-2-метил-4-изотиазолин-3-она и 2-метил-4-изотиазолин-3-она с солями магния) при следующем содержании компонентов (мг/л): SXT 1002 - 50-400; катон 893F - 10-300; катон LXE - 0,1-0,5; катон CG - 0,1-0,3.
Известно, что вышеперечисленные катоны выпускаются фирмой Rohm & Haas.
Технический результат: а) уменьшение биокоррозионных потерь; б) увеличение экологической безопасности как за счет использования нетоксичных изотиазолинов, так и за счет уменьшения рабочих концентраций вследствие биоцидного синергического эффекта.
Синергический антимикробный эффект проявляется тогда, когда в результате комбинации двух или более биоцидов происходит усиление антимикробного эффекта по сравнению с таковым у отдельно взятого биоцида.
4
2
4
2
4
2
4
4
Пример 1. Оценку антикоррозионных и биоцидных свойств предлагаемой композиции проводят, используя в качестве тест-культуры естественную микробную ассоциацию, выделенную из нефтепромысловых вод Альметьевского месторождения (Татарстан). Данная ассоциация содержит нефтеокисляющие гетеротрофные бактерии и сульфат-восстанавливающие бактерии. Используют среду ГМП следующего состава (г/л) - (NH)SO - 1; KHPO - 6; KHPO - 3; MgSO - 0.2; Nutrient broth, "Difco" - 0.5; глюкоза - 5. Данную среду инокулируют тест-ассоциацией и разливают по 5 мл в пробирки со стальными купонами, после чего в пробирки вносят 25, 50, 100 и 500 мг/л SXT 1002A и 25, 50, 100 и 500 мг/л катона 893 F. Через две недели инкубации гравиметрическим методом определяют коррозионные потери стальных купонов и высевают культуральную жидкость на питательный агар, для определения биоцидного эффекта. Результаты представлены на чертеже.
2
Представленный график ясно демонстрирует как антимикробный, так и антикоррозионный синергические эффекты предлагаемой композиции. Так в случае применения отдельных биоцидов полное подавление микробного роста наблюдается при 500 мг/л, а при использовании комбинаций аналогичный эффект достигается при суммарной концентрации компонентов в смеси, равной 50 мг/л (маркеры, соответствующие летальным концентрациям, на чертеже помечены крестом). В стерильной среде без биоцидов и микробных клеток коррозионные потери составили примерно 1 г/м.
В случае беспрепятственного роста микроорганизмов на той же среде коррозионные потери возросли примерно в десять раз. Введение как отдельных компонентов синергической пары, так и самой смеси снижало коррозионные потери. Нижний предел испытанных нами концентраций составляет 25 мг/л. При этой концентрации ни отдельные компоненты, ни их смесь не подавляют микробного роста, взятый отдельно SXT 1002 не уменьшает коррозионные потери, отдельно взятый катон 893 F уменьшает их примерно в два раза, однако их комбинация уменьшает коррозионные потери больше чем в 5 раз.
Пример 2. Оценку синергического биоцидного эффекта проводят на среде ГМП, указанной в примере 1. В качестве тест-культуры используют Pseudomonas putida UKA, выделенную из указанной выше ассоциации. Инокулированную тест-культурой среду ГМП по 5 мл вносят в пробирки с широким набором комбинаций (таблица 1) катона 893F (компонент А) и SXT 1002 (компонент В). В качестве оценочного показателя используют минимальную ингибирующую концентрацию (МИК), при которой через неделю инкубации в пробирках отсутствовал рост. Величину синергического эффекта определяют согласно традиционной методике (Kull, E.C., Eisman, Р.С., Sylwestrwicz, H.D., Mayer, R.L., 1961. Mixtures of quaternary ammonium compounds and long chain fatty acids as antifungal agents. Applied Microbiology 9, 538-541) через синергический индекс (SI), который рассчитывается по следующему уравнению:
SI=Qa/QA+Qb/QB,
где QA - МИК компонента А в частях на миллион (ррт), действующего одиночно.
Qa - концентрация компонента А (ppm) в смеси, показавшей суммарную МИК.
QB - МИК компонента B в частях на миллион (ppm), действующего одиночно.
Qb - концентрация компонента В (ppm) в смеси, показавшей суммарную МИК.
Если SI больше единицы, то это говорит об антагонистическом эффекте; если SI равен единице, то эффект аддитивный; если SI меньше единицы, то эффект синергический. Соответственно, чем меньше величина SI, тем сильнее синергизм.
Результаты, демонстрирующие синергизм SXT 1002 и катона 893F, представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Совместный биоцидный эффект SXT 1002 и катона 893F на рост Ps. putida UKA
SXT 1002, мг/мл
катон 893F, мг/мл
0
10
25
50
75
100
150
200
250
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
50
+
+
+
+
+
-*
-
-
100
+
+
+
-*
-
-
-
-
150
+
+
-*
-
-
-
-
-
200
+
+
-
-
-
-
-
-
250
+
+
-
-
-
-
-
-
300
+
-*
-
-
-
-
-
-
350
+
-
-
-
-
-
-
-
400
+
-
-
-
-
-
-
-
450
-
+ - рост есть.
- - роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 2.
Таблица 2
Оценка синергического биоцидного эффекта комбинации SXT 1002 и катона 893F по данным из таблицы 1
Q<sub>a</sub>
Q<sub>b</sub>
Q<sub>A</sub>
Q<sub>B</sub>
Уменьшение концентрации в результате синергизма, (Q<sub>A</sub>+Q<sub>B</sub>)/(Q<sub>a</sub>+Q<sub>b</sub>)
SI
10
300
250
450
в 2 раза
0.71
25
150
250
450
в 4 раза
0.43
50
100
250
450
в 5 раз
0.42
100
50
250
450
в 5 раз
0.51
Как видно из таблицы 2, заявляемая комбинация обладает синергическим эффектом (0.42<SI<0,73), позволяющим уменьшить МИК Ps. putida UKA до 5 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 3. Оценку синергического биоцидного эффекта проводили в соответствии с методикой, изложенной в примере 2. В качестве тест-культуры использовали нефтеокисляющую бактерию Serratia marcescens, выделенную из указанной в примере 1 ассоциации.
Таблица 3
Совместный биоцидный эффект SXT 1002 и катона 893F на рост S. marcescens
SXT 1002, мг/мл
катон 893F, мг/мл
0
75
100
125
150
200
300
400
500
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
50
+
+
+
+
+
+
-*
-
100
+
+
+
+
-*
-
-
-
150
+
+
+
-*
-
-
200
+
+
-*
-
-
-
-
300
+
+
-
-
-
-
-
-
400
+
-*
-
-
-
-
-
-
500
+
-
-
-
-
-
-
-
700
-
+- рост есть.
- -роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 4.
Таблица 4
Оценка синергического биоцидного эффекта комбинации SXT 1002 и катона 893F по данным из таблицы 3
Q<sub>a</sub>
Q<sub>b</sub>
Q<sub>A</sub>
Q<sub>B</sub>
Уменьшение концентрации в результате синергизма, (Q<sub>A</sub>+Q<sub>B</sub>)/(Q<sub>a</sub>+Q<sub>b</sub>)
SI
75
400
500
700
в 2.5 аза
0.72
100
200
500
700
в 4 раза
0.49
125
150
500
700
в 4 раза
0.46
150
100
500
700
в 5 раз
0.44
300
50
500
700
в 3 раза
0.67
Как видно из таблицы 4, заявляемая комбинация обладает синергическим эффектом (0.44<SI<0,72), позволяющим уменьшить МИК S. marcescens до 5 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 4. Оценку синергического биоцидного эффекта проводили в соответствии с методикой, изложенной в примере 2. В качестве тест- культуры использовали бактерию Bacillus subtilis из Всероссийской коллекции микроорганизмов.
Таблица 5
Совместный биоцидный эффект SXT 1002 и катона 893F на рост В. subtilis
SXT 1002, мг/мл
катон 893F, мг/мл
0
50
100
150
200
250
300
400
500
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
25
+
+
+
+
+
-*
-
-
50
+
+
+
-*
-
-
-
-
75
+
+
+
-
-
-
-
-
100
+
+
-*
-
-
-
-
-
125
+
+
-
-
-
-
-
-
150
+
-*
-
-
-
-
-
-
175
+
-
-
-
-
-
-
-
200
-
-
-
-
-
-
-
-
+- рост есть.
- - роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 6.
Таблица 6
Оценка синергического биоцидного эффекта комбинации SXT 1002 и катона 893F по данным из таблицы 5
Q<sub>a</sub>
Q<sub>b</sub>
Q<sub>A</sub>
Q<sub>B</sub>
Уменьшение концентрации в результате синергизма, (Q<sub>A</sub>+Q<sub>B</sub>)/(Q<sub>a</sub>+Q<sub>b</sub>)
SI
10
300
250
450
в 2 раза
0.71
25
150
250
450
в 4 раза
0.43
50
100
250
450
в 5 раз
0.42
100
50
250
450
в 5 раз
0.51
Как видно из таблицы 6, заявляемая комбинация обладает синергическим эффектом (0.42<SI<0,71), позволяющим уменьшить МИК В. subtilis до 5 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 5. Оценку синергического биоцидного эффекта проводили в соответствии с методикой, изложенной в примере 2. В качестве тест-культуры использовали ассоциацию сульфат-восстанавливающих бактерий (СВБ), выделенную из нефтепромысловых вод Альметьевского месторождения (Татарстан).
Таблица 7
Совместный биоцидный эффект SXT 1002 и 2 катона 893F на рост ассоциации СВБ
SXT 1002, мг/мл
катон 893F, мг/мл
0
10
20
30
40
60
80
100
120
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
10
+
+
+
+
+
+
-*
-
20
+
+
+
+
-*
-
-
-
30
+
+
-*
-
-
-
-
40
+
+
-
-
-
-
-
-
60
+
+
-
-
-
-
-
-
80
+
-*
-
-
-
-
-
-
100
+
-
-
-
-
-
-
-
120
-
+- рост есть.
- -роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 8.
Таблица 8
Оценка синергического биоцидного эффекта комбинации SXT 1002 катона 893F по данным из таблицы 7
Q<sub>a</sub>
Q<sub>b</sub>
Q<sub>A</sub>
Q<sub>B</sub>
Уменьшение концентрации в результате синергизма, (Q<sub>A</sub>+Q<sub>B</sub>)/(Q<sub>a</sub>+Q<sub>b</sub>)
SI
10
80
120
120
в 3 раза
0.75
20
30
120
120
в 5 раз
0.42
40
20
120
120
в 4 раза
0.50
80
20
120
120
в 2 раза
0.83
Как видно из таблицы 6, заявляемая комбинация обладает синергическим эффектом (0.42<SI<0,83), позволяющим уменьшить МИК ассоциации СВБ до 5 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 6. Оценку синергического биоцидного эффекта проводили в соответствии с методикой, изложенной в примере 2. В качестве тест-культуры использовали Pseudomonas putida UKA, выделенную из указанной в примере 1 ассоциации.
Таблица 9
Совместный биоцидный эффект SXT 1002 и катона LXE на рост Ps. putida UKA
SXT 1002, мг/мл
катон LXE, мг/мл
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0,6
0.8
1
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
50
+
+
+
-*
-
-
-
-
100
+
+
+
-
-
-
-
-
150
+
+
-*
-
-
-
-
-
200
+
+
-
-
-
-
-
-
250
+
-*
-
-
-
-
-
-
300
+
-
-
-
-
-
-
-
350
+
-
-
-
-
-
-
-
400
+
-
-
-
-
-
-
-
+- рост есть.
- -роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 10.
Таблица 10
Оценка синергического биоцидного эффекта комбинации SXT 1002 и катона LXE по данным из таблицы 9
Q<sub>a</sub>
Q<sub>b</sub>
Q<sub>A</sub>
Q<sub>B</sub>
Уменьшение концентрации в результате синергизма, (Q<sub>A</sub>+Q<sub>B</sub>)/(Q<sub>a</sub>+Q<sub>b</sub>)
SI
0.1
250
1
450
в 2 раза
0.66
0.2
150
1
450
в 3 раза
0.53
0.3
50
1
450
в 9 раз
0.41
Как видно из таблицы 6, заявляемая комбинация обладает синергическим эффектом (0.41<SI<0,66), позволяющим уменьшить МИК Ps. putida UKA до 9 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 7. Оценку синергического биоцидного эффекта проводили в соответствии с методикой, изложенной в примере 2. В качестве тест-культуры использовали Pseudomonas putida UKA, выделенную из указанной в примере 1 ассоциации.
Таблица 11
Совместный биоцидный эффект SXT 1002A и катона CG на Ps. putida UKA
SXT 1002, мг/мл
катон LXE, мг/мл
0
0.1
0.15
0.25
0.3
0.5
0.6
0.8
1
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
50
+
+
+
+
-*
-
-
-
100
+
+
+
-*
-
-
-
-
150
+
+
+
-
-
-
200
+
+
+
-
-
-
-
-
250
+
+
-*
-
-
-
-
-
300
+
-*
-
-
-
-
-
-
350
+
-
-
-
-
-
-
-
400
+
-
-
-
-
-
-
-
+- рост есть.
- -роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 12.
Таблица 12
Оценка синергического биоцидного эффекта комбинации SXT 1002 и катона CG по данным из таблицы 11
Q<sub>a</sub>
Q<sub>b</sub>
Q<sub>A</sub>
Q<sub>B</sub>
Уменьшение концентрации в результате синергизма, (Q<sub>A</sub>+Q<sub>B</sub>)/(Q<sub>A</sub>+Q<sub>b</sub>)
SI
0.1
300
1
450
в 1.5 раза
0.77
0.15
250
1
450
в 2 раза
0.71
0.25
100
1
450
в 4 раза
0.47
0.3
50
1
450
в 9 раз
0.41
Как видно из таблицы 6, заявляемая комбинация обладает синергическим эффектом (0.41<SI<0,77), позволяющим уменьшить МИК Ps. putida UKA до 9 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.