СПОСОБ ЗАЩИТЫ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ОТ БИОПОВРЕЖДЕНИЙ
METHOD OF PROTECTING LUBRICANT-COOLANT LIQUIDS FROM BIODETERIORATION

Изобретение относится к области защиты смазочно-охлаждающих жидкостей от биоповреждений и позволяет повысить эффективность подавления роста микроорганизмов.
Как правило, для борьбы с биоповреждениями данной продукции используют биоциды. Однако при длительном использовании одного и того же биоцида микроорганизмы адаптируются к нему, в результате чего его защитные свойства снижаются. По этой причине не прекращаются усилия по поиску способов защиты водосодержащей промышленной продукции. При этом приветствуется разработка более эффективных и менее токсичных биоцидов. Одним из путей выполнение этой задачи является создание синергических биоцидных композиций, которые позволяют снизить концентрации биоцидов и таким образом снизить риск экологического загрязнения.
Известна синергическая биоцидная композиция галогенпропинильного соединения и серусодержащего сим-триазина, используемая для предотвращения биопорчи древесины, красок, штукатурок и других строительных материалов (Патент РФ №2158084). Однако при длительном использовании одного и того же биоцида микроорганизмы адаптируются к нему, в результате чего его защитные свойства снижаются.
Известен способ подавления роста микроорганизмов, который используется для защиты от обрастаний трубопроводов (SU АС №1312940). Однако недостатком этого способа является недостаточно широкий круг подавляемых микроорганизмов.
Известен способ предотвращения роста сульфатвосстанавливающих бактерий (SU АС 1214600) путем обработки медьсодержащим химическим реагентом в комбинации с этилендиаминтетраацетатом. Однако из описания данного способа не видно, что он может быть использован для подавления роста других групп микроорганизмов, кроме сульфатвосстанавливающих.
Задачей изобретения является разработка нового высокоэффективного способа борьбы с биоповреждениями смазочно-охлаждающих жидкостей, позволяющего снизить риск экологического загрязнения.
Поставленная задача решается путем обработки смазочно-охлаждающих жидкостей медьсодержащим химическим реагентом, в качестве медьсодержащего реагента используют сульфат меди в концентрации от 1 до 150 мг/л в расчете на обрабатываемый объем, с дополнительным внесением 2-октил-4-изотиазолин-3-она (катона 893 MW) в концентрации от 2,5 до 200 мг/л в расчете на обрабатываемый объем.
Известно, что катон 893 MW (2-октил-4-изотиазолин-3-он) выпускается фирмой Rohm & Haas для предотвращения биоповреждений смазочно-охлаждающих жидкостей. Использование катона 893 MW в комбинации с сульфатом меди обеспечивает синергический антимикробный эффект. Синергический антимикробный эффект проявляется тогда, когда в результате комбинации двух или более биоцидов происходит усиление антимикробного эффекта по сравнению с таковым для отдельно взятого биоцида.
Для защиты от биоповреждений смазочно-охлаждающих жидкостей к 80 мл водного раствора, содержащего не менее 50% этилового спирта, добавляют 20 мл 50%-ного катона, выпускаемого фирмой Rohm & Haas. В результате получают 10%-ный рабочий раствор катона 893 MW.
В 90 г дистиллированной воды растворяют 10 г сульфата меди. В результате получают 10%-ный рабочий раствор сульфата меди.
Полученные рабочие растворы последовательно вводят в смазочно-охлаждающие жидкости. При этом на 1 л обрабатываемой жидкости вносится от 1 до 150 мл 10%-ного сульфата меди и от 2,5 до 200 мл 10%-ного катона.
4
2
4
2
4
2
4
4
Пример 1. Оценку антимикробной эффективности предлагаемого способа проводят на тест-культуре Serratia marcescens. Данный микроорганизм является активным деструктором нефтепродуктов. Суспензию тест-культуры, содержащую около 100 клеток, наносят на поверхность агаризованной питательной среды, содержащей различные концентрации биоцидов. В качестве питательной среды используют агаризованую среду следующего состава (г/л) - (NH)SO - 1; KHPO - 6; KHPO - 3; MgSO - 0.2; Nutrient broth, "Difco" - 0.5; глюкоза - 5, агар - 15.
Оценку синергизма проводят, используя вышеуказанные рабочие растворы сульфата меди и катона. Из них готовят широкий набор комбинаций различных концентраций 2-октил-4-изотиазолин-3-она (компонент А) и сульфата меди (компонент В). Антимикробный эффект комбинаций сравнивают с таковым у отдельно взятых биоцидов. В качестве оценочного показателя используют минимальную ингибирующую концентрацию (МИК), при которой на чашках отсутствует рост. Величину синергического эффекта определяют согласно традиционной методике (Kull Е.С., 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 рассчитывают по следующему уравнению:
a
A
b
B
SI=Q/Q+Q/Q,
A
где Q - МИК компонента А в частях на миллион (ppm), действующего одиночно.
a
Q - концентрация компонента А (ppm) в смеси, показавшей суммарную МИК.
B
Q - МИК компонента В в частях на миллион (ppm), действующего одиночно.
b
Q - 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, антимикробной эффективности предлагаемого способа представлены в таблице 1 и 2.
Таблица 1.
Совместное биоцидное действие 2-октил-4-изотиазолин-3-она и сульфата меди на S.marcescens
сульфат меди, мг/л
2-октил-4-изотиазолин-3-он, мг/л
0
10
15
20
30
50
100
200
370
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
5
+
+
+
+
-*
-
-
-
10
+
+
+
-*
-
-
-
-
15
+
+
-*
-
-
-
-
-
20
+
+
-
-
-
-
-
-
25
+
-*
-
-
-
-
-
-
30
+
-
-
-
-
-
-
-
35
+
-
-
-
-
-
-
-
40
+
-
-
-
-
-
-
-
45
+
-
-
-
-
-
-
-
50
-
+ - рост есть.
- - роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 2.
Таблица 2.
Синергический биоцидный эффект предлагаемого способа 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
25
370
50
в 12 раз
0.53
15
15
370
50
в 14 раз
0.34
20
10
370
50
в 14 раз
0.25
30
5
370
50
в 12 раз
0.18
Как видно из таблицы 2, биоцидный синергический эффект (0.25<SI<0,53), проявляющийся при данном способе, позволяет уменьшить МИК до 14 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 2. Испытания проводят в соответствии с методикой, изложенной в примере 1. В качестве тест-культуры используют бактерию Pseudomonas putida 1292 из Всероссийской коллекции микроорганизмов
Результаты испытаний представлены в таблице 3 и 4.
Таблица 3.
Совместное действие 2-октил-4-изотиазолин-3-она и сульфата меди на Ps.putida 1292.
сульфат меди, мг/л
2-октил-4-изотиазолин-3-он, мг/л
0
2.5
5
7.5
10
20
30
40
50
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
1
+
+
+
+
+
+
-*
-
2.5
+
+
+
+
-*
-
-
-
5
+
+
-*
-
-
-
-
-
7.5
+
-*
-
-
-
-
-
-
10
+
-
-
-
-
-
-
-
12.5
+
-
-
-
-
-
-
-
15
+
-
-
-
-
-
-
-
17.5
-
+ - рост есть.
- - роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 4.
Таблица 4.
Синергический биоцидный эффект предлагаемого способа 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
2.5
7.5
60
17.5
в 8 раз
0.47
5
5
60
17.5
в 8 раз
0.37
7.5
5
60
17.5
в 6 раз
0.41
10
2.5
60
17.5
в 6 раз
0.31
20
2.5
60
17.5
в 3 раза
0.48
Как видно из таблицы 4, проявляющийся при данном способе биоцидный синергический эффект (0.31<SI<0,48) позволяет уменьшить МИК до 8 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 3. Испытания проводят в соответствии с методикой, заложенной в примере 1. В качестве тест-культуры используют бактерию Pseudomonas putida UKA, выделенную из подтоварных нефтепромысловых вод (Альметьевск, Татарстан). Результаты испытаний представлены в таблице 5 и 6.
Таблица 5.
Совместное действие 2-октил-4-изотиазолин-3-она и сульфата меди на Ps.putida UKA.
сульфат меди, мг/л
2-октил-4-изотиазолин-3-он, мг/л
0
30
60
100
150
200
250
300
350
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
30
+
+
+
+
+
-*
-
-
60
+
+
-*
-
-
-
-
-
100
+
+
-
-
-
-
-
-
150
+
-
-
-
-
-
-
-
200
+
-*
-
-
-
-
-
-
250
+
-
-
-
-
-
-
-
300
-
+ - рост есть.
- - роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 6.
Таблица 6.
Синергический биоцидный эффект предлагаемого способа 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
30
150
350
300
в 5 раз
0.59
60
60
350
300
в 5 раз
0.37
200
60
350
300
в 3 раза
0.77
Как видно из таблицы 6, биоцидный синергический эффект (0.37<SI<0,77), проявляющийся при данном способе защиты, позволяет уменьшить МИК до 5 раз по сравнению с действием отдельных биоцидов.
Пример 4. Для ускорения естественных процессов биодеградации к 90 мл смазочно-охлаждающей жидкости добавляют 10 мл водопроводной воды. Полученную смесь помещают в качалочную колбу на 500 мл и инкубируют в течение двух недель на качалке при 300 об/мин при температуре 28°С. После этого водно-маслянную суспензию разливают в по 5 мл в конические колбочки на 25 мл, в которые вносят разное количество (табл.7) катона 893 MW и сульфата меди. Через неделю инкубации колбочек на качалке при 300 об/мин из них делают высев микрокаплями по 10 мкл на поверхность агаризованной среды, указанной в примерах 1-3. Результаты высева учитывают через сутки по наличию или отсутствию микробного роста на месте нанесения микрокапли. Результаты испытаний представлены в таблице 7 и 8.
Таблица 7.
Совместное действие 2-октил-4-изотиазолин-3-она и сульфата меди на микрофлору смазочно-охлаждающей жидкости.
сульфат меди, мг/л
2-октил-4-изотиазолин-3-он, мг/л
0
20
60
100
140
320
380
440
500
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
20
+
+
+
+
-*
-
-
-
40
+
+
+
-*
-
-
-
-
60
+
+
-*
-
-
-
-
-
80
+
+
-*
-
-
-
-
-
100
+
-*
-
-
-
-
-
-
120
+
-
-
-
-
-
-
-
140
-
+ - рост есть.
- - роста нет
* - значения МИК, взятые для таблицы 8.
Таблица 8.
Синергический биоцидный эффект предлагаемого способа 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
20
140
500
200
в 4 раза
0.74
40
100
500
200
в 5 раз
0.58
60
60
500
200
в 6 раз
0.42
80
60
500
200
в 5 раз
0.46
100
20
500
200
в 6 раз
0.30
Как видно из таблицы 8, при данном способе защиты смазочно-охлаждающей жидкости наблюдается синергический эффект биоцидов, позволяющий уменьшить суммарный МИК биоцидов до 6 раз.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить экологическую безопасность и эффективность подавления роста нежелательной микрофлоры за счет снижения рабочих концентраций сульфата меди и катона от 3-х до 12 раз по сравнению с отдельно действующими компонентами комбинации.