КОМПОЗИЦИЯ БИОЦИДА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
BIOCIDE COMPOSITION AND METHOD FOR TREATING WATER

Область техники
Настоящее изобретение относится к разработке композиции биоцида, включающего биоцид и носитель. Более конкретно, вещество-носитель содержит эфир полиэтиленгликоля, такой как полиэтиленгликолевый эфир жирной кислоты таллового масла. Настоящее изобретение также относится к способам обработки воды и борьбы с биопленками за счет уничтожения микроорганизмов и/или предотвращения роста числа микроорганизмов.
Уровень техники
Водоемкие процессы, такие как производство бумаги и процессы охлаждения воды являются благоприятной средой для развития микроорганизмов. Поэтому биоцидная обработка воды часто является необходимой для различных процессов, использующих воду. Обычно целью биоцидной обработки в производстве является не полная стерилизация, но достижение стабильного динамического баланса микробного роста на приемлемом и экономически выгодном уровне. Предшествующий уровень техники изобретения относится к широкому ряду биоцидов, для различных областей применения в водоемких процессах, включая производство бумаги, как один из самых крупных водоемкий процессов. Предполагается, что часть существующих в настоящее время в данной области методик может быть заменена, в случае если удастся найти более эффективную технологию борьбы с биопленками на основе биоцидов направленного действия.
Биопленка - это скопление микроорганизмов, в котором клетки присоединятся друг к другу на какой-либо поверхности. Эти объединенные клетки часто включены в созданный ими матрикс из внеклеточного полимерного вещества (EPS). Внеклеточное полимерное вещество биопленки, также называемое слизью, является полимерным конгломератом, в основном состоящим из внеклеточного ДНК, белков и полисахаридов. Биопленки могут образовываться на живых и неживых поверхностях и могут распространяться в природных, промышленных или больничных условиях. Клетки микробов, растущих в составе биопленок, физиологически отличны от планктонных клеток того же микроорганизма, которые являются одноклеточными организмами и могут плавать или держаться на поверхности жидкой среды.
Формирование биопленки начинается с объединения свободно плавающих микроорганизмов на некоторой поверхности. Эта первая колония микроорганизмов изначально присоединяется к поверхности за счет слабой обратимой адгезии на основе сил Ван-дер-Ваальса. Если колония немедленно не отделяется от поверхности, микроорганизмы могут закрепиться более перманентно, используя клеточные адгезивные структуры, такие как пилус. Некоторые виды не способны прикрепиться к поверхности самостоятельно, но могут закрепиться на EPS матриксе или непосредственно на более ранней колонии. В процессе колонизации клетки способны общаться за счет «чувства кворума», используя как сигналы соединения AHL. Как только колония начинает образовываться, биопленка начинает расти за счет комбинации клеточного деления и присоединения новых клеток. Финальную стадию формирования биопленки называют развитием, и на этой стадии биопленка окончательно сформирована и может только меняться в размерах и форме. Развитие биопленки может позволить объединенной колонии клеток (или колониям) стать менее восприимчивым к антибиотикам.
Биопленки создают много проблем в промышленных водных системах, таких как системы рециркуляции, например, бумагоделательных машин или систем охлаждения. Накопление поверхностных загрязнений, таких как биопленки, может вызвать такие проблемы как ухудшение теплопередачи, высокое энергопотребление, коррозия, увеличение затрат на техническое обслуживание, сокращение долговечности систем, рост эксплуатационных расходов, внеплановый простой оборудования и т.д.
Биоцид - это противомикробное химическое вещество, которое может отпугивать, обезвреживать или оказывать регулирующий эффект на многие вредные виды организмов. Биоциды обычно применяют в медицине, сельском хозяйстве, лесном хозяйстве и промышленности. Биоциды можно дополнительно классифицировать на гермициды, антибиотики, антибактериальные агенты, антивирусные препараты, фунгициды, антипротозийные препараты и антипаразитные препараты.
Большинство современных биоцидов были разработаны для контроля численности планктонных бактерий. В обычно применяемых низких концентрациях такие биоциды не очень эффективны в борьбе против биопленок. Внешний слой или матрикс, сформированный производящими EPS микроорганизмами, делает их невосприимчивыми к высоким дозам большинства стандартных биоцидов. Применение высоких доз биоцидов может вызвать другие проблемы, такие как коррозия оборудования. Также по причине того, что биоциды ориентированы на уничтожение живых организмов, увеличение доз биоцидных продуктов повышает риски для здоровья и благополучия человека.
Существует необходимость в получении более качественных биоцидов, которые можно использовать против биопленок на различных поверхностях. Они должны нацеливаться на биопленки и преимущественно быть способны проникать в биопленку и уничтожать организмы, образующие биопленку. Такие биоциды также должны быть эффективны при использовании их в малых дозах.
Краткое описание изобретения
В настоящем изобретении было неожиданно обнаружено, что при использовании в качестве носителя биоцида подходящего агента, такого как композиция пеногасителя, получается мультифункциональный продукт. Биоцид может растворяться и эффективно нацеливаться на поверхностные биопленки. Такая композиция также предотвращает вспенивание, которое является вредным для большинства водоемких промышленных процессов. Способность нацеливаться на поверхности позволяет предотвращать образование биопленок и предотвращать или инактивировать любые уже сформированные биопленки, при использовании меньших количеств активного вещества биоцида, по сравнению с существующими технологиями.
Настоящее изобретение представляет биоцидную композицию, содержащую биоцид и носитель, где биоцид растворим в носителе.
В данном изобретении также предложен способ борьбы с биопленками за счет уничтожения и/или предотвращения роста числа микроорганизмов в водной среде, включающий обеспечение вышеуказанной композиции биоцида и дозирование вышеописанной композиции биоцида в водной среде.
Достоинством настоящего изобретения является то, что данные биоциды могут оседать на биопленки на поверхностях.
Другим достоинством настоящего изобретения является то, что данные биоциды могут проникать в биопленку и атаковать микроорганизмы в матриксе биопленки. Композиция биоцида настоящего изобретения обеспечивает растворение биоцида, благодаря чему это становится возможным.
Еще одним достоинством настоящего изобретения является то, что данная композиция биоцида предотвращает пенообразование.
Еще одним достоинством настоящего изобретения является пролонгированная активность данного биоцида. Это позволяет осуществлять эффективный и усиленный контроль биопленок более стабильно.
Еще одним достоинством настоящего изобретения является то, что общее необходимое количество токсичной биоцидной композиции снижено, то есть возможно применение более низких дозировок.
Еще одним достоинством настоящего изобретения является устойчивость композиции. Композиция обладает стабильным сроком годности, например, данный биоцид сохраняет свою активность в течение по меньшей мере нескольких недель или месяцев.
Краткое описание фигур
На Фиг. 1 показаны результаты исследования склонности к ценообразованию Композиции 1 и Композиции 2 с дозировками от 10 мкл до 160 мкл, с использованием Fennocide Quat 40 в качестве образца сравнения.
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предложена биоцидная композиция, содержащая биоцид и носитель, где биоцид растворим в носителе.
Биоцидом может быть любой биоцид (противомикробный агент), способный уничтожать микроорганизмы, такие как микроорганизмы, образующие биопленки. Биоцид может быть растворим в воде, может иметь малую растворимость в воде или вообще быть не растворим в воде. Однако такой биоцид должен быть растворим в носителе. В основном данная биоцидная композиция состоит по меньшей мере из 2% (масс./масс.) биоцида (противомикробного агента). В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 5-50% (масс./масс.) биоцида. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 10-20% (масс./масс.) биоцида. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 13-17% (масс./масс.) биоцида. В одном конкретном примере биоцидная композиция содержит около 15% (масс./масс.) биоцида.
Биоциды, как правило, можно разделить на две группы: окислительные и неокислительные (или традиционные) биоциды. Неокислительные биоциды включают такие вещества как DNBPA(2,2-дибромо-3-нитрилопропионамид), другие бромсодержащие биоциды, глутаральдегид, изотиазолон и др. Примером подходящего биоцида для применения в композиции согласно настоящему изобретению могут быть неокислительные биоциды. Биоциды можно также разделить на группы по механизму функционирования. Электрофилы включают окислители, такие как галогены и пероксисоединения, и электрофилы, такие как формальдегид, вещества высвобождающие формальдегид, изотиазолон, бронопол и Cu, Hg и Ag. Мембран-активные биоциды включают литические биоциды, такие как четвертичные аммониевые соединения, бигуаниды, фенолы и спирты, протонофоры, такие как парабены, слабые кислоты и пиритионы.
Примеры неокислительных биоцидов включают глутаральдегид, 2,2-дибром-3-нитрилопропионамид (DBNPA), 2-бром-2-нитропропан-1,3-диол (Бронопол), 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он (CMIT), 2-метил-4-изотиазолин-3-он (MIT), смесь CMIT и MIT, 1,2-дибром-2,4-дицианобутан, бис(трихлорметил)сульфон, 2-бром-2-нитростирол, 4,5-дихлор-1,2-дитиол-3-он, 2-н-октил-4-изотиазолин-3-он, 1,2-бензизотиазолин-3-он, орто-фталевый альдегид, четвертичные аммониевые соединения ("четвертичные соединения"), такие как н-алкильный диметил бензил хлорид аммония, дидецил диметил хлорид аммония (DDAC) или алкенил диметилэтил хлорид аммония, гуанидины, бигуаниды, пиритионы, карбаматы, 3-иодпропинил-N-бутилкарбамат, фосфониевые соли, такие как сульфат тетракис гидроксиметил фосфония (THPS), 3,5-диметил-1,3,5-тиадиазинан-2-тион (дазомет), 2-(тиоцианометилтио)бензотиазол, метилен бистиоционат (МВТ), а также их комбинации.
Примеры окислительных биоцидов включают хлор, щелочные и щелочноземельные соли гипохлорита, хлорноватистую кислоту, хлорированные изоцианураты, бром, гипобромиты щелочных и щелочноземельных солей, бромноватистую кислоту, хлорид брома, двуокись хлора, озон, перекись водорода, перекисные соединения, такие как надуксусная кислота, надмуравьиная кислота, соли перкарбоната или персульфата, галогенированные гидантионы, например, моногалогендиметилгидантионы, такие как монохлордиметилгидантионы или дигалогендиметилгидантионы такие как хлорбромдиметилгидантион, монохлорамины, монобромамины, дигалогенамины, тригалогенамины, соединения активных галогенов, прореагировавших с другими азотистыми соединениями, такими как мочевина и их комбинаций.
Наиболее часто применяемые типы неокислительных биоцидов, используемых в процессах производства целлюлозы и бумаги, включают 2-бром-2-нитропропан-1,3-диол, 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он, DBNPA, н-октил-изотиазолин-3-он, МВТ, четвертичные соли аммония, THPS и глутаральдегид.
В одном варианте реализации биоцид выбирают из группы, состоящей из глутаральдегида, 2,2-дибром-3-нитрилопропионамида (DBNPA), 2-бром-2-нитропропан-1,3-диола (Бронопол), 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-она (СМТ), н-алкил диметил бензил хлорида аммония, дидецил диметил хлорида аммония (DDAC), алкенил диметилэтил хлорида аммония, тетракис гидроксиметил сульфата фосфония (THPS). Применение этих биоцидов создает преимущество в том, что в воде, подвергаемой обработке, они все способны быстро обезвредить микроорганизмы.
-4
В одном варианте реализации биоцид представляет собой 2,2-дибром-2-цианоцетамид (также называемый 2,2-дибром-3-нитрилопропионамид или дибромнитрилопропионамид, DBNPA), который представляет собой белый кристаллический порошок с температурой плавления составляющей 124,5°С, растворимостью в воде 15000 мг/мл при температуре 20°С и давлением паров 9⋅10 мм рт.ст. при температуре 20°С. DBNPA легко гидролизируется как в кислой, так и в щелочной среде. Несмотря на то, что DBNPA совместим со многими классами химических веществ, включая окислители, он легко реагирует с нуклеофильными агентами и серосодержащими восстанавливающими агентами. Таким же образом DBNPA реагирует с галоген биоцидами. Реакция DBNPA с серосодержащими нуклеофилами, характерными для микроорганизмов, таких как глутатион или цистеин, является основой данного способа противомикробного воздействия. В отличие от других тиол-активных биоцидов, его действие схоже с действием аминокислот на основе тиола, таких как цистеин, окисленных без формирования дисульфидных соединений. Эта реакция необратимо нарушает функционирование компонентов поверхности клеток, нарушая мембранный транспорт клеток и угнетая их основные биологические функции.
Носитель обычно обладает малой растворимостью в воде, около 10-15% (при 20°С), или менее чем около 5%, или даже менее чем около 1%. В большинстве случаев носитель не образует отдельной фазы в воде, но может формировать коллоидную фазу. Однако биоцид должен быть практически полностью растворим в носителе, но не должен химически реагировать с носителем, таким образом биоцид практически полностью сохраняет свою активность. Сформированная таким образом композиция является стабильной или стабильной по существу по меньшей мере в течение нескольких недель или месяцев, причем она не должна разлагаться или выделять опасные компоненты. Носитель можно представить как композицию носителя, содержащую более чем один ингредиент. В одном варианте реализации композиция носителя содержит поверхностно-активное вещество (ПАВ). В одном варианте реализации композиция носителя содержит стабилизирующий агент. Носитель должен обладать и гидрофильными и гидрофобными свойствами, то есть должен обладать мылящейся структурой (типа ПАВ) и/или свойствами. В одном варианте реализации носителем является пеногаситель.
Пеногаситель (пеногасительный агент) это вещество, в основном используемое для уменьшения пенообразования, вызванного газами, азотистыми материалами или белками, которые могут препятствовать биоцидной обработке. Основные примеры пеногасителей включают длинноцепочечные жирные спирты, органические фосфаты, кремнийорганическое масло и т.д. В данном изобретении пеногаситель также способствует повышению растворимости биоцида. Если в композиции биоцида есть пенообразующие соединения, такие как ПАВ, то добавление в данную композицию пеногасящих агентов может оказывать благоприятный эффект.
Пеногаситель может присутствовать в качестве пеногасительной композиции, состоящей из более чем одного ингредиента. Биоцидную композицию в целом можно также определить как композицию, состоящую из биоцида и одного или более других компонентов, таких как пеногасительные ингредиенты описанные выше. В одном варианте реализации носитель или пеногаситель содержит эфир полиэтиленгликоля (ПЭГ). В одном варианте реализации носитель или пеногаситель содержит эфир полиэтиленгликоля (ПЭГ), обладающий активностью ПАВ, то есть содержащий также гидрофобную часть. Гидрофобной частью может быть жирная кислота, такая как не растворимая в воде жирная кислота или малорастворимая в воде жирная кислота.
В одном варианте реализации эфир полиэтиленгликоля является полиэтиленгликолевым эфиром жирной кислоты. В одном варианте реализации эфир полиэтиленгликоля является полиэтиленгликолиевым эфиром жирной кислоты таллового масла. В одном варианте реализации молекулярная масса полиэтиленгликоля находится в диапазоне от около 300 до 100000 а.е.м. В одном варианте реализации молекулярная масса полиэтиленгликоля находится в диапазоне от около 300 до 50000 а.е.м., который находится в диапазоне от примерно 300 до 100000 а.е.м. В одном варианте реализации эфир полиэтилен гликоля является ПЭГ 300 эфиром жирной кислоты таллового масла (число показывает среднюю молекулярную массу полиэтилен гликоля в а.е.м. дальтонах). В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 20-50% (масс./масс.) эфира полиэтилен гликоля. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 30-50% (масс./масс.) эфира полиэтилен гликоля. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 33-46% (масс./масс.) эфира полиэтилен гликоля.
Как правило, количество носителя в биоцидной композиции предпочтительно составляет как можно более высокое значение, чтобы гарантировать хорошую стабильность и эффективный транспорт биоцида до места применения. Однако верхний предел необходимо устанавливать на довольно низком уровне, чтобы была возможность внедрять в состав биоцидной композиции достаточное количество активного биоцида и по возможности другие дополнительные агенты, такие как минеральное масло и ПАВ. Количество, составляющее 50% по массе, было установлено, как удовлетворяющее данным требованиям. С другой стороны, если количество носителя, такого как эфир полиэтилен гликоля (ПЭГ) будет ниже, чем 20% по массе, стабильность мицелл, сформированных биоцидом и носителем, будет проявлять тенденцию к разложению и транспорт биоцида к загрязненным слизью поверхностям станет однозначно менее эффективным. Оптимальная композиция биоцида с точки зрения его растворимости в мицеллах носителя, долговременная устойчивость при хранении, в частности больше 3 месяцев может быть получена при содержании носителя около 40%, в частности 33-46% по массе.
В одном варианте реализации массовое отношение пеногасителя к биоциду составляет от 1,9:1 до 5:1. Растворимость биоцида в носителе ограничивает верхнее отношение и общее содержание компонентов, которые необходимо соединить, чтобы обеспечить возможность дальнейшего присоединения дополнительных агентов. В другом варианте реализации массовое отношение пеногасителя к биоциду составляет от 2:1 до 3:1, от 2:1 до 2,5:1 или более.
В одном варианте реализации биоцидная композиция, композиция носителя или пеногасителя также содержит масла, такие как минеральное или синтетическое масло. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 20-30% (масс./масс.) минерального масла. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 23-28% (масс./масс.) минерального масла. В одном конкретном примере биоцидная композиция содержит 25% (масс./масс.) минерального масла. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит около 30-50% (масс./масс.) эфира полиэтилен гликоля и 20-30% (масс./масс.) минерального масла. В одном конкретном примере биоцидная композиция содержит около 46% (масс./масс.) эфира полиэтилен гликоля, в частности эфира ПЭГ 300 жирной кислоты таллового масла и около 25% (масс./масс.) минерального масла. В качестве минерального масла можно применять любое подходящее традиционное минеральное масло, используемое в пеногасителях, такое как базовое масло, например, минеральное масло типа АР/Ecore 150 или подобное.
Базовым маслом называют класс смазочных масел, полученных изначально из очищенной сырой нефти (минеральное базовое масло) или химическим синтезом (синтетическое базовое масло). Базовое масло обычно определяют как масло с температурой кипения в диапазоне между 288 и 566°С (550 и 1050°F), состоящее из углеводородов с 18-40 атомами углерода (в цепи). Такое масло может быть как парафиновым, так и нафтеновым по происхождению в зависимости от химической структуры молекул. Группа 1 нефтяной основы содержит не более 90 процентов насыщенных углеводородов и/или более чем 0,03 процентов серы и обладает индексом вязкости большим или равным 80 и не более 120.
Индекс вязкости - это эмпирическая величина, не имеющая единиц измерения, показывающая влияние изменения температуры на кинематическую вязкость какого-либо масла. Вязкость жидкостей изменяется с температурой, становясь ниже при нагревании; чем выше индекс вязкости масла, тем меньше склонность к изменению вязкости от температуры. Вязкость минерального масла может находиться в диапазоне от примерно 1000-1500 (ASTMD5293), в частности примерно 1250 для масла АР/Ecore 150. Индекс вязкости (ASTMD2270) может находиться в диапазоне 50-150, более конкретно 80-120, в частности примерно 100 для масла АР/Ecore 150. Минеральное масло может быть нейтральным растворителем.
ПАВ - это обычно органические вещества, которые являются амфифильными, что означает, что они содержат и гидрофобные группы (их хвосты) и гидрофильные группы (их головки). Поэтому ПАВ содержат и нерастворимый в воде (или растворимый в масле) компонент, и водорастворимый компонент. ПАВ диффундируют в воде и абсорбируются на поверхностях между воздухом и водой или на границе масло/вода, в случае если воду смешивали с маслом. Нерастворимая гидрофобная группа может выходить за пределы объема фазы воды, в фазу воздуха или фазу масла, в то время как водорастворимая головная группа остается в фазе воды. Такое расположение ПАВ на поверхности изменяет свойства поверхности воды на границе фаз вода/воздух или вода/масло.
В одном варианте реализации биоцидная композиция, композиция носителя или пеногасителя дополнительно содержит ПАВ. В одном варианте реализации ПАВ является диоктил натрий сульфосукцинат. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит примерно 20-40% (масс./масс.) диоктил натрий сульфосукцината. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит примерно 25-35% (масс./масс.) диоктил натрий сульфосукцината. В одном конкретном примере биоцидная композиция содержит примерно 27% (масс./масс.) диоктил натрий сульфосукцинат. В одном конкретном примере биоцидная композиция содержит примерно 33% (масс./масс.) ПЭГ 300 эфира жирной кислоты таллового масла и примерно 27% (масс./масс.) диоктил натрий сульфосукцината.
Масло и ПАВ уменьшают пеногасящую способность и способствуют внедрению биоцида в носитель. Наиболее действенный эффект переноса для биоцидной композиции преимущественно получен при использовании дополнительного ПАВ в количестве по меньшей мере 20% по массе. Верхний предел ограничен содержанием используемых биоцида и носителя.
Биоцидная композиция, композиция носителя или пеногасителя может дополнительно содержать стабилизирующий агент. Такой стабилизирующий агент может быть химически стабилизирующим или физически стабилизирующим агентом. Примеры таких агентов включают миристаты, ПАВ и органические кислоты. В одном варианте реализации органической кислотой является лимонная кислота. Концентрация лимонной кислоты в композиции биоцида может быть примерно 0,1-2% (масс./масс.), в частности 0,1-0,5% (масс./масс.), например, около 0,2% (масс./масс.).
В одном варианте реализации стабилизирующим агентом является изопропиловый миристат. В одном варианте реализации биоцидная композиция содержит примерно 10-15% (масс./масс.) изопропилового миристата. В одном конкретном примере биоцидная композиция содержит примерно 13% (масс./масс.) изопропилового миристата.
В настоящем изобретении также предложен способ, согласно которому биоцид нацелен на поверхность биопленки в водной среде, включая получение композиции биоцида и взаимодействие вышеуказанной биопленки с вышеописанной биоцидной композицией. Поверхность может быть, для примера, пластиковой или металлической, такой как сталь, нержавеющая сталь или медная поверхность.
Настоящее изобретение также описывает способ очистки воды, включающий обеспечение биоцидной композиции и дозирование вышеуказанной биоцидной композиции в воде. Эти способы ориентированы на уничтожение и/или предотвращение формирования биопленки на поверхностях для того, чтобы очистить и/или удалить формирующуюся или уже сформированную слизь или биопленки. «Дозировка» в основном относится к добавлению или загрузке химических агентов в больших количествах в обрабатываемую воду непрерывно или периодически, чтобы предоставить достаточно времени для химической реакции или достижения результатов.
Биоцидная композиция, применяемая в этих способах, описанных выше, может быть добавлена в воду для обработки в биостатических или биоцидальных количествах. Биостатические количества относятся к количествам, достаточным по меньшей мере для снижения активности и/или роста числа микробов или биопленки. Биоцидальное количество относится к более результативной деятельности, в частности к количеству биоцидной композиции способному уничтожить большинство или все микроорганизмы.
Настоящее изобретение также описывает способ борьбы с биопленками за счет уничтожения и/или предотвращения роста биопленок в водной среде, включающий обеспечение композиции биоцида и дозирование биоцидной композиции в водной среде. Используемый в настоящем описании термин «водная среда» относится к водной системе, такой как промышленная водная система, включающей водный раствор. Уничтожение и/или предотвращение относится к любому биостатическому или биоцидальному эффекту, такому как уничтожение, уменьшение, удаление или затормаживание роста или инактивации или очистки биопленки. Уничтожение может быть полным или частичным. Предотвращение относится к любому превентивному уничтожающему действию, которое уменьшает или затормаживает рост микроорганизмов и поэтому полностью или частично предотвращает образование биопленки.
Данное изобретение также описывает применение вышеуказанной биоцидной композиции для борьбы (например, уничтожения, инактивации и/или предотвращения роста) с биопленками или микроорганизмами в водных процессах. В одном из вариантов реализации микроорганизмы представлены в виде биопленки. Это приводит к синергетическому эффекту при борьбе с микроорганизмами (биопленками) закрепленными на поверхностях.
Термин «водный раствор», используемый в настоящем описании, относится к любому раствору содержащему воду. Вышеописанный водный раствор в основном является раствором, содержащим достаточное количество водной фазы, для применения его в настоящей заявки. Вышеописанным водным раствором может быть, например, вода, грунтовые воды, поверхностные воды, сточные воды, технологические воды, неочищенные технологические воды, донные отложения или взвесь твердых частиц, суспензия или любой другой водный раствор.
Водной средой может быть промышленный процесс, такой как процесс водоочистки. Промышленный процесс может быть выбран из таких процессов как: получение древесной целлюлозы, производство бумаги или картона, очистка промышленных стоков, бурение нефтяных скважин, станкостроительное производство, режущий инструмент нефтедобывающей отрасли, гидравлические системы и т.д. и оборудование, используемое в этих процессах. Целью применения может быть, например, любая промышленная водная система, которая, в общем, подразумевает разработанную рециркуляционную водную систему, такую как водная система бумажного производства, водоохлаждающие системы (например, градирни, охладители открытого и замкнутого контура), системы неочищенных технологических вод, распределительные сети питьевой воды, системы отчистки питьевой воды, нефтепроизводство или регенерационные системы (система вод нефтяных месторождений, буровые жидкости), системы хранения топлива, металлообрабатывающие системы, теплообменники, реакторы, оборудование, используемое для накопления и транспортировки жидкостей, бойлеры и аналогичные парогенераторы, радиаторы, импульсные испарительные агрегаты, холодильники, установки обратного осмоса, аппараты мокрой очистки газов, доменные печи, испарители сахара, паросиловые установки, геотермальные установки, ядерные охлаждающие установки, водоочистные установки, рециркуляционные системы бассейнов, водные контуры горнодобывающей промышленности, нагревательные элементы замкнутого контура, технические жидкости, используемые в таких операциях как, например, бурение, сверление, помол, разбуривание, протяжка, брочинг, точение, резание, прошивка, дробление, нарезание резьбы, формование, прядение и прокат, гидравлические жидкости, охлаждающие жидкости и прочее.
В одном варианте реализации биоцидную композицию добавляется в водную систему производства бумаги и/или древесной целлюлозы. Композиция, в общем, может быть использована в системе для минимизации или предотвращения образования биопленок на поверхности системы. Данную композицию можно добавить в практически любую точку системы для поддержания микробного контроля в системе, в общем случае. В некоторых конкретных примерах данную композицию добавляли в малую систему замкнутого контура. Другими примерами приемлемых точек для ввода композиции являются большие накопители обрабатываемой воды (накопители оборотной воды, накопители фильтратов), накопительные танкеры для чистого или коллоидного фильтрата, разбиватели целлюлозы или технологические потоки, восходащие/нисходящие потоки в разбивателях целлюлозы, измельчительные системы, восходящие/нисходящие потоки в резервуарах, потоки водосборных устройств, восходящие/нисходящие потоки водосборников, потоки в смесителях бумагоделательных машин, восходящие/нисходящие потоки в смесителях, резервуар чистой воды, резервуар теплой воды и резервуар спрысковой воды.
Данную композицию изобретения можно добавлять как твердое вещество, в частности, как сухой порошок или в более общем смысле в жидкой форме для очищаемых жидкостей или воды. Композицию можно дозировать непрерывно или периодически (порционно). Примерами подходящих концентраций, которые применяются в способах, являются примерно 1-50 мг/л, более конкретно 1-10 мг/л, конкретно 3-7 мг/л. Данную композицию можно добавлять примерно 3-45 минут каждые примерно 6-24 раза в день или, например, в течение 10-30 минут примерно 12-24 раза в день.
Преимуществом использования биоцидной композиции данного открытия является пеногасящий эффект, полученный в дополнение к биоцидальному эффекту. Более того, требуется меньшее количество биоцида для достижения равного результата, по сравнению с использованием стандартных биоцидных композиций без пеногасящего агента в качестве носителя биоцида. В надлежащей композиции количество биоцида можно снизить до 1/10 или даже 1/20 от необходимого количества в композиции без использования пеногасителя. Использование пеногасителя усиливает биоцидальный эффект биоцида, когда он растворен в пеногасящем носителе. Носитель с растворенным в нем биоцидом способен выдерживать условия окружающей среды и их изменения, таким образом увеличивая стабильность данной композиции. Биоцидальный эффект усилен в критических точках биопленки. В особенности, границы раздела фаз жидкость-воздух в технологических резервуарах, которые обычно склонны накапливать самое большое количество биопленок, которые находятся в труднодоступных для очистки местах, подвергнуты воздействию биоцидной композиции данного открытия содержащую и биоцид и пеногасящий носитель. Более того, в процессе использования комбинации биоцида и пеногасителя нет необходимости добавлять дополнительные химические агенты для улучшения биоцидального эффекта. Это означает, что, например, требуется меньшее количество оборудования, такого как емкости для химических реагентов и процесс обработки воды становиться более рентабельным.
Настоящее изобретение также описывает способ приготовления вышеуказанной композиции биоцида, включающий обеспечение биоцида и носителя и смешивание вышеописанных биоцида и носителя для получения вышеуказанной биоцидной композиции.
Далее данное изобретение будет описано более подробно со ссылками на следующие примеры, которые описывают, но не ограничивают данное изобретение.
Примеры
Примерная растворимость DBNPA в различных пеногасящих продуктах
Различные композиции пеногасителей для водных сред А, В, С, и D были предварительно протестированы на определение их растворимости и реакционной способности с DNBPA.
Пеногаситель А содержит в своих ингредиентах продукт реакции (эфир), полиэтиленгликолевый 300 эфир жирной кислоты таллового масла, а именно ПЭГ 300 эфир жирной кислоты таллового масла (TOFA-ПЭГ 300). Пеногаситель D содержит только смесь ингредиентов - диоктил натрий сульфосукцинат (DOSS, ПАВ) и жирную кислоту таллового масла. Данный пеногаситель не содержит следов ПЭГ 300 эфира жирной кислоты таллового масла. Оба пеногасителя составов В и С содержат Пеногаситель А (TOFA-ПЭГ 300) и остальные ингредиенты.
DBNPA растворяется в Пеногасителе А, но также реагирует с ним. Полученный продукт был физически стабильным раствором, но последовательный распад DBNPA был обнаружен по изменению цвета раствора до темно коричневого и появлению (токсичного) неприятного запаха по истечении нескольких часов или дней. DBNPA не очень хорошо растворим в Пеногасителе D.
Тем не менее DBNPA растворим в Пеногасителях В и С, но он не реагирует с ними. Не было обнаружено никаких постепенных визуальных изменений по меньшей мере по прошествии нескольких недель. Предположительно, Пеногасители В и С являются подходящими носителями для DBNPA.
Основываясь на этих предварительных результатах, были получены Композиции 1 и 2 для проведения тестов биоцидальной эффективности.
Композиция 1
Композиция 1 является смесью композиции пеногасителя и DBNPA (биоцид). Незначительная реакция между биоцидом и ПЭГ 300 эфиром жирной кислоты таллового масла может иметь место в процессе перемешивания.
Композиция 2
Композиция 2 является смесью композиции пеногасителя и DBNPA (биоцид). Незначительная реакция между биоцидом и ПЭГ 300 эфиром жирной кислоты таллового масла может возникать в процессе перемешивания.
Результаты тестирования биоцидальной эффективности
Методика исследования описана в WO 2005045132. Данный метод определяет эффективность инактивации тестируемого вещества предварительно сформированной биопленки на поверхности из нержавеющей стали. Этот метод «ежа» является специфическим трехстадийным анализом биопленок. Его можно использовать для быстрого эффективного тестирования агентов против биопленок. Различные продукты можно сравнивать между собой по значению эффективности инактивации и/или удаления предварительно сформированных биопленок.
На этапе А игольчатую пластину погружают в поток обрабатываемой воды. Живым микроорганизмам, формирующим биопленку, позволяют образовывать пленку на этой пластине. На этапе В данную пластину подвергают действию различных антибиопленочных агентов в сточных водах бумажного производства (циркулирующая вода бумагоделательной машины). Концентрацию продукта и продолжительность выдержки можно свободно варьировать. На этапе С анализируется жизнеспособность оставшихся биопленок. Количество новых биопленок показывает эффективность инактивации предварительно сформированных биопленок, то есть большее число выживших биопленок, создает большее количество биопленок. Этот процесс основывается на феномене, называемом биотрансфер.
В качестве тестовой среды была использована сточная вода бумажного производства. Дозировка приведена в (мг/л) для продукта. FennosanR20V - коммерческий продукт, содержащий только DBNPA (20%, активный ингредиент).
Результаты тестирования склонности к пенообразованию
Активности Композиции 1 и Композиции 2 были протестированы на способность к пенообразованию в водопроводной воде при 50°С с дозировками от 10 мкл до 160 мкл. Композиция 1 не вызывала пенообразования в отличие от биоцидного продукта сравнения FennocideQuat 40 (DDAC, четвертичный аммониевый биоцид), который создавал большое количество пены. Композиция 2 образовывала пену, но если принимать во внимание относительную биоцидальную эффективность, то есть значительно более низкую требуемую дозировку, по сравнению с биоцидом сравнения, она также показала хорошие результаты. Результаты тестирования склонности к пенообразованию Композиции 1, Композиции 2 и Fennocide Quat 40, взятого в качестве образца сравнения, приведены на фигуре 1.