Решение проблем биообрастаний реагентами «АкваКомплекс»

Автор: Д.И. Хасанова (АО «НПК МЕДИАНА-ФИЛЬТР»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2018

Микробная контаминация представляет собой серьезную проблему в области водоподготовки, в том числе и для нефтеперерабатывающих заводов, целлюлознобумажной, пищевой и фармацевтической промышленности, а также мембранных технологий разделения. Повышенный уровень микрофлоры приводит к проблемам эксплуатации, среди которых основными являются уменьшение эффективности технологического процесса, биокоррозия, приводящая к забиванию труб продуктами коррозии и биомассой микроорганизмов [1–4]. Несоблюдение чистоты в системе несет потенциальную угрозу для здоровья технологического персонала.

Одним из основных методов борьбы с микроорганизмами являются многочисленные технологии биоцидной обработки. Биоциды, т.е. вещества, обладающие ярко выраженным антимикробным действием, делятся на две основные группы: 1. Окисляющие (хлор, бром, озон, диоксид хлора, надуксусная кислота); 2. Неокисляющие (хлорометил/метилизотиазолоны, глутаровый альдегид, бронопол, соли четвертичных аммониевых оснований, дитиокарбонаты [5]).

При выборе биоцида в каждом конкретном случае необходим индивидуальный подход, необходимо учитывать особенности технологического процесса. При выборе технологии биоцидной обработки обязательным является учет следующих параметров:

• скорость биоцидной реакции;
• спектр действия (предпочтительнее биоциды широкого спектра действия, подавляющие рост и развитие как бактерий и грибков, так и водорослей);
• биоразлагаемость реагента;
• воздействие реагента на материал основного оборудования (например, коррозионная агрессивность по отношению к углеродистой стали);
• токсичность (в том числе канцерогенность и мутагенность реагента и продуктов его разложения);
• возможность применения окисляющих биоцидов (наиболее бюджетных);
• совместимость биоцидов с другими реагентами, применяемыми в данных процессах (например, антискаланты);
• стоимость биоцидной обработки.

АО «НПК МЕДИАНА-ФИЛЬТР», обладая огромным опытом в области водоподготовки и очистки сточных вод, в рамках программы «АкваКомплекс» предлагает комплексное решение проблем водоподготовки и широкий спектр услуг, включающих обследование установок, подбор оптимальных решений, проведение работ по выбору водно-химических режимов, промывку и очистку систем (трубопроводов, теплообменников), промывку и химические очистку, консервацию котельного оборудования, сервисное обслуживание. Программа «Аква-

Комплекс» предлагает широкий ассортимент химических реагентов для водоочистного оборудования, химических реагентов и вспомогательного оборудования для очистки трубопроводов, систем обратного осмоса, установок нано-, микрои ультрафильтрации, емкостей для хранения воды, циркуляционно-раздаточных трубопроводов, ионообменных установок, установок электродеионизации и электродиализа и проч.

В каждом конкретном случае предлагается оптимальное решение, максимально щадящее по отношению к окружающей среде и материалу оборудования, а также по соотношению цена-качество-эффективность. Целью программы «АквакКомплекс» является максимально эффективная и надежная работа системы охлаждения и водоподготовки при снижении общих эксплуатационных расходов.

В ассортименте предлагаемых реагентов имеется более 20 биоцидов, разработанных для решения проблем биозагрязнений технологического оборудования различных технологических процессов в разных отраслях промышленности, включая нефтехимическую, фармацевтическую, пищевую и целлюлозно-бумажную.

В статье представлены результаты лабораторных испытаний и промышленного применения некоторых из них.

Наибольшее распространение в последние годы получили биоциды на основе полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) [6]. Это обусловлено высокой эффективностью при использовании малых доз основного вещества ПГМГ в воде (рис. 1), широким спектром и пролонгированностью действия, даже в присутствии углеводородов.

Необходимо отметить, что в применяемых дозах ПГМГ не токсичен для человека, животных и гидробионтов, экологически безопасен (III класс опасности по ГОСТ 12.1.007). Механизм действия гуанидиновых поликатионов заключается в адсорбции их на отрицательно заряженной поверхности бактериальной клетки, что вызывает этом блокаду дыхания и транспорт метаболитов через клеточную стенку бактерий. Гуанидиновые поликатионы связываются с фосфолипидами и белками цитоплазмотической мембраны, что приводит к ее разрыву [7].

Одна из основных проблем при хранении и транспортировке продукции – поражение деревянной или картонной тары различными плесневыми грибами. Малейшие нарушения правил эксплуатации древесины, повышенная температура и влажность приводят к тому, что на деревянных частях упаковки появляется налет плесени, который, разрастаясь, приводит к порче не только собственно тары, но и перевозимой продукции. При соблюдении элементарных правил (предварительное высушивание древесины и хранение ее в необходимом температурном диапазоне (15…25°С)) риск контаминации на древесный субстрат грибковой инфекции существенно снижается, но не до необходимо низкого уровня. В связи с этим в промышленности широко применяется метод предварительной обработки древесины различными фунгицидами – химическими веществами направленного антигрибкового действия.

В результате проведенных экспериментов было установлено эффективное действие фунгицида MF-BWR-54 даже в исчезающе малых концентрациях. Так, при концентрациях в питательной среде 0,01% он полностью подавлял рост микофлоры, а при концентрации 0,005% выживаемость составила 2,6–3,6%. И только при концентрации 0,001% наблюдалось незначительное снижение роста, находящееся в рамках погрешности эксперимента (рис. 2).

Биоцид MF-BWR-112 создан на основе моноперсульфата калия, представленного тройной солью, выполняющего функцию основного действующего вещества.

Реагент обладает широким спектром антимикробного действия, подавляя рост всех групп микроорганизмов – бактерий, грибов, водорослей и простейших. В основе биоцидного действия этой группы препаратов лежит одновременное образование активного кислорода, свободного радикала гидроксила, перекиси водорода и небольшого количества хлорноватистой кислоты. Эти окислители действуют одновременно и быстро уничтожают всех представителей микрофлоры. Данное качество выгодно отличает исследованные биоциды от биоцидов раннего поколения (хлор), которые, в частности, были не в состоянии ингибировать рост водорослей в регламентированных для водооборотных систем дозах активного хлора [6–7].

Как уже было отмечено, неокисляющие биоциды на основе хлора не обладали альгицидными свойствами, в связи с этим было проверено, будет ли биоцид MF-BWR-112 оказывать ингибирующее действие на зеленые водоросли. В колбы с биомассой водорослей (рис. 3, а) добавляли биоцид в разных концентрациях. Как показали исследования, уже на третьи сутки водоросли полностью уничтожаются в присутствии данного реагента во всех концентрациях. Однако следует отметить, что с течением времени его альгицидные свойства незначительно снижаются (см. рис. 3, б–г). Во время хранения в растворе в течение трех суток биоциды MF-ВWR-112 теряют свои антимикробные свойства, поэтому рекомендуется использовать только свежие растворы.

На производстве нередки случаи попадания технологических продуктов в охлаждающую воду, что является прекрасной средой питания и развития различных микроорганизмов. Особенно быстро происходит образование биозабивок на предприятиях пищевой промышленности (например, в случае попадания сусла в производстве пива). В связи с этим для предотвращения биообрастаний сначала необходимо обнаружить и устранить причины попадания органических веществ в оборотную воду, а затем произвести продувку системы и максимальное обновление воды. После этого с целью предупреждения аварийного останова завода вследствие биообрастаний теплообменных аппаратов необходимо осуществить биоцидную обработку наиболее быстрым по воздействию реагентом марки MF-CN-1000.

Реагент MF-CN-1000 представляет собой раствор дибромнитрилпропионамид (DBNPA) – это быстродействующий биоцид с двумя реакционноспособными атомами брома в позиции заместителей. DBNPA действует, окисляя клеточные тиолы до дисульфидов. В процессе реакции DBNPA с микрооганизмами при их уничтожении происходит обезвреживание самого реагента путем дебромирования. И в данном случае нет необходимости обезвреживать DBNPА.

Как видно из представленных на рис. 4 данных, после дозирования биоцида марки MF-CN-1000 происходит изменение цвета пробы с оранжевого до серого. Наблюдаются также осветление пробы и осаждение на дне колбы. Микроскопические исследования проб осадка с добавлением и без добавления биоцида также показывают обесцвечивание микроорганизмов под действием биоцида. При микроскопических исследованиях первоначальной пробы воды с высокой биологической активностью были обнаружены большие скопления нитчатых железобактерий розового цвета, наблюдалось их активное хаотичное движение. Наблюдения пробы после биоцидной обработки показало отсутствие движения и, соответственно, живых бактерий. Видны фрагменты разорванных нитчатых бактерий. Таким образом, биоцид MF-CN-1000, в данном случае по механизму действия сработал как окисляющий биоцид, который разрушает целостность клеточной мембраны.

Залогом успеха реагентной обработки технологической воды является регулярный мониторинг, в том числе и микробиологический контроль. Наиболее распространенными и классическими методами определения биозагрязненности воды являются исследование на биологическое потребление кислорода БПК (косвенный метод) и оценка общей численности микроорганизмов ОМЧ методом прямого микроскопического счета. Достоинством метода является то, что микроорганизмы можно различать по морфологическим признакам (кокки, палочки, клетки грибов и водорослей) [4].

Для количественного определения коррозионно-активных бактерий в настоящее время используют методы культивирования на элективных средах. Существуют различные методы создания анаэробных условий обнаружения СВБ с использованием среды Постгейта [4]. Метод прост в исполнении, но длительный (время инкубации 28 дней).

Существует ряд экспресс-методов, например биотесты фирмы Nalco, которые позволяют получить результат через 5…6 ч. Более совершенным методом определения чистоты воды или смывов поверхностей является метод определения «биологической активности». Биологическую загрязненность или биологическую активность (БА) реальной охлаждающей воды определяют на приборе люминометре (тест-система) и измеряют в относительных световых единицах (RLU), которые определяют интенсивность свечения и прямо пропорциональны степени биологической загрязненности воды. Тест основан на взаимодействии люцеферен-люцеферазы, используемой в качестве индикатора с аденозин-трифосфатом (АТФ), имеющемся во всех живых клетках микроорганизмов. Определение АТФ дает возможность получить суммарную картину загрязнения оборудования, поскольку регистрируются не только клетки микроорганизмов, но и потенциальный субстрат для их роста. Уровень АТФ отражает реальную картину состояния чистоты оборудования в данный момент времени [8]. Считаем данный метод наиболее практичным и быстрым (время теста 3… 5 мин.) для регулярного контроля в условиях непрерывного производства.

Список литературы

1. Мишустин Е.М., Емцев В.Т. Микробиология. М.: «Колос», 1970. 320 с.
2. Система очистки сточных вод. Система очистки питьевой воды//Брошюра ООО Rosun.
3. Шабалин А.Ф. Эксплуатация промышленных водопроводов. М.: Металлургия, 1972. 504 с.
4. Шлегель Г. Общая микробиология: Пер. с нем. М.: Мир, 1987. 567 с.
5. Nalepa C.J. and Williams T.M. Biocides. Selection and Applications//The science and technology of industrial water treatment. 2010. 530 p.
6. Хасанова Д.И., Сафин Д.Х. Анализ причин биоотложений в системах оборотного водоснабжения нефтехимических производств//Экология и промышленность России. 2014. №4. С. 48–52.
7. Рекомендации по проектированию и эксплуатации «Обработка воды хлором и медным купоросом для борьбы с биологическими обрастаниями в системах оборотного водоснабжения». М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1968. 8. Инструкция по эксплуатации прибора люминометр Uni-LINE.