Методи забезпечення мікробіологічної стабільності палив для реактивних двигунів

«Методи забезпечення мікробіологічної стабільності палив для реактивних двигунів»

План:

1. Проблема  мікробіологічного зараження

2. Мікроорганізми-деструктори

3. Місця  розвитку

4. Умови  розвитку

4.1 Механізм  окиснення вуглеводнів нафтопродуктів 

5. Наслідки  розвитку мікроорганізмів в паливі

6. Методи  виявлення мікроорганізмів

7. Методи  попередження забруднення

8. Висновки

9. Список  використаної літератури 

  1. З існуючих в природі 150000 видів мікроорганізмів приблизно 200 видів здатні до деструкції вуглеводнів. Це властивість мікроорганізмів є вагомою проблемою в нафтовидобутку, нафтопереробці, нафтохімії і, особливо, при використанні нафтопродуктів. На сьогоднішній день вивчення проблеми біодеструкції вуглеводнів є досить актуальною,але ще мало вивченою. Дослідження показали, що мікроорганізми, які знаходяться у паливі, настільки всюдисущі та різні, настільки здатні легко пристосовуватися до умов харчування та видів нафтопродуктів, що повністю знищити їх неможливо яким-небудь способом, тому згадана проблема буде залучати постійну увагу и вимагати великих затрат. Ця тема є ще актуальною, внаслідок того,що зараз йде швидкий розвиток розробки біопалива, яким хочуть замінити далі нафту. Але як раз в такому паливі розвиток мікроорганізмів зростає у декілька разів, і, отже, потрібно розроблювати методику захисту від біоуражень.  Моторні палива можуть бути забруднені мікробіологічними організмами під час зберігання, транспортування і, безпосередньо, при використанні. Одні види мікроорганізмів руйнують вуглеводні з появою корозійно-активних карбонових кислот, сірководню і вуглекислого газу, інші руйнують паливні присадки, ведуть до утворення емульсій та відділенню води. Значимість проблеми біопошкоджень підкреслюється багатьма фахівцями. Так, світовий збиток від біопошкоджень в 1950 х роках оцінювався в 2% від обсягу промислової продукції, а в 1970 х він перевищив 5%. Що складає десятки млрд. доларів. Більше 50% всіх корозійних процесів пов'язано з впливом мікроорганізмів.

      2. Різні мікроорганізми споживають різні органічні речовини, це пов'язано з тим, що кількість органічних з'єднань величезна, а вони ще й відрізняються один від одного не тільки своїми фізико-хімічними властивостями, але й реакційною здатністю.

Біоценоз  забруднених паливно-мастильних матеріалів представлений грибами , бактеріями та дріжджами. Перше місце серед  біоагентів займає гриб Cladosporium Resinae, так званий «керосиновий гриб», а також Aspergillus, Penicillium, Chaetomium, А1ternaria;

Бактерії  представлені видами: Pseudomonas, Micrococcus, Mycobacterium, Desulfovibrio;

Дріжжі  представлені видами: Candidas, Torula.

      3. При наявності води та мікробів в умовах сприятливих температур під час зберігання палива, а також при стоянці двигуна спостерігається непреривний розвиток біомаси. Якщо тривалість стоянки більше ніж 30 год., число мікроорганізмів в 1 мл палива досягає величини астрономічного порядку. Особливо сприятливі умови створюються в резервуарах на розділі "паливо-вода", де окрім мікроорганізмів накопичується маса органічних забруднень, які сприяють інтенсивному мікробному процесу. Відбувається мікробне ураження, насамперед, при контакті палива з водою, деяка кількість якої завжди присутня в ємкостях для зберігання нафтопродуктів, особливо тих, які транспортуються на морських судах. Поверхня розділу фаз вода-паливо і доступ повітря створюють умови для проростання спор і активного розмноження мікроорганізмів.

      4. Життя мікроорганізмів тісно пов'язане із зовнішніми умовами, які можуть впливати на них чи позитивно,чи негативно, дивлячись по характеру і часу дії різних факторів. Вплив навколишнього середовища на мікроорганізми може бути зведено к дії трьох основних факторів: фізичних, хімічних та біологічних. Це є вплив висушування, температури, УФ- опромінення, високі тиски, дія хімічних речовин. Наприклад вплив прямих сонячних променів негативно впливає на розвиток бактерій, а от в темному місці їхній розвиток пришвидшується. Визначальними чинниками розвитку мікрофлори в паливі є наявність води і температура. При відсутності води і при низькій температурі мікроорганізми не шкідливі, вони не розвиваються, хоча можуть залишатися життєздатними дуже тривалий час, до появи сприятливих умов для свого розвитку. Однак у реальних умовах експлуатації та зберігання палив важко і навіть неможливо повністю звільнити від вологи, а присутність в них 0,01-0,02% води і навіть її слідів достатньо для того, щоб почалося зростання мікроорганізмів. Швидкість і глибина мікробіологічного окиснення нафтопродуктів залежать від їх вуглеводневого складу. Відомо, що вуглеводні, що мають лінійну будову молекул, швидше руйнуються, ніж їх розгалужені ізомери. Аліфатичні (парафінові) вуглеводні частіше менш біостійкі, ніж ароматичні. Тому і палива, що містять в основному парафінові вуглеводні, можуть руйнуватися мікроорганізмами швидше, ніж ті, що містять більшу кількість ароматичних сполук.

      4.1 У більшості випадків мікробіологічна деструкція парафінових вуглеводнів починається з окиснення кінцевої метильної групи в спирт і, далі, через альдегід до відповідної жирної кислоти. Далі процес йде шляхом β-окиснення жирних кислот, при якому за кожен цикл ланцюжка довжина жирної кислоти коротшає на два вуглецевих атома. Як правило, ферменти, що беруть участь в цьому процесі, мають низьку специфічність і можуть брати участь в деструкції вуглеводнів з різною кількістю вуглецевих атомів.

R--(СН₂)_n--СН₂-- СН_2--СН₃  → R--(СН₂)_n--СН₂-- СН₂--CH₂OH → R--(СН₂)_n-- СН₂--СН₂--COH →

→ R--(СН₂)_n --СН₂-^β-СН₂-^α-COOH → R--(СН₂)_n --СН₃  +  СН₃--COOH

      5. Ознаки наявності мікрофлори в паливах для реактивних двигунів:

• Наявність у водному відстої згустків біомаси у вигляді грудок липкою слизу, утворень, схожих на войлок;
• Наявність на внутрішніх стінках баків грудок липкою слизу;
• Спучування герметика і корозійна поразка поверхні паливного бака;
• Забивання липкою масою фільтрів і сіток насосів, встановлених в баках;
• Порушення роботи паливно-вимірювальної апаратури;
• Погіршення якості палива включаючи підвищення кислотності, зміну запаху і кольору палива, забруднення зваженими частинками міцелію і слизу;
• Розвиток корозії металів в донній частини, де скупчується водний шлам, особливо на межі поділу паливо-вода і в інших місцях;

Зростання мікрофлори і забивання нею фільтрів, сіток насосів, датчиків-паливомірів може викликати відмову роботи паливної системи. Відшарування герметика бака літака призводить до корозії силових елементів конструкції. Поява і розвиток біоценозу в паливах призводить до погіршення їх фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей внаслідок зміни їх вуглеводневого складу, накопичення мікробного слизу та осадів, утворення стійких емульсій.

 Вагомим  наслідком розмноження мікроорганізмів  є зміна кислотності палива, яке зростає у зв'язку з тим, що нафтодеструктори "їдять" паливо, і продуктами їх перетворень є різні кислоти. Кислотність нафтопродуктів майже завжди обумовлюється присутністю органічної чи неорганічної кислот або їх похідних. Вільні кислоти можуть утворитися і при використанні нафтопродуктів. Якщо в нафтопродукті містяться солі сульфокислот, кислих ефірів, нафтенових кислот і подібних з'єднань, то при дії високих температур або вологи (гідроліз) можуть утворитися кислі речовини мінерального характеру. Кислоти в нафтопродуктах є небажаними домішками, так як вони викликають корозію апаратури. Тому нафтопродукти повинні періодично контролюватися на вміст кислот. Кількісний вміст в нафтопродуктах кислот характеризуєтся кислотним числом. Щоб перевірити вплив біодеструкторів в паливі на зміни його кислотного числа ми проводили досліди, де визначали через певний проміжок часу значення кислотного числа. Ми виміряли Результат наших досліджень можна побачити на графіку:  
 
 
 

                                                                      рис.1                                    
З рис.1 ми бачимо, що від наявності мікроорганізмів залежить кислотність палива. І, отже, є потреба видаляти і захищати паливо від біодеструкторів.

      6. Вчасне визначення мікрофлори в паливі  для реактивних двигунів забезпечує перш за все безпеку польотів. Розрізняють довготривалі і експрес-методи виявлення організмів. До перших належать: метод висіву на щільні та рідкі поживні середовища ( визначення числа живих клітин), підрахунок клітин мікроорганізмів використовуючи мікроскоп, оцінка росту за фізико-біологічною активністю мікроорганізмів а також візуальна оцінка їх росту. Методи безпосереднього підрахунку мікроорганізмів під мікроскопом дозволяють більш точно визначити кількість мікроорганізмів у субстраті, проте не має можливості розділити живі і мертві організми. Метод висіву мікроорганізмів на густі середовища усуває цей недолік, і як додаток ще можемо оцінити різноманітність мікроорганізмів за морфологією колоній. У більшій кількості випадків для цього використовують поживні середовища, що різняться за складом, що в свою чергу дозволяє виявити більш широкий спектр мікроорганізмів, які належать до різних фізіологічних груп.

В експрес-методі  використовують прямий аналіз біологічних  забруднень із застосуванням індикаторів. Про вміст бактерій у субстраті  говорить ступінь зміни кольору  індикатора. Так, наприклад, у маслах і паливах для швидкого контролю за кількістю бактерій можна використати ТТХ, який у присутності відновника перетворюється в нерозчинний червоний пігмент.

      7. Гарантувати безпеку авіаційних палив від біоуражень можуть насамперед запобігання попадання води в палива, своєчасна осушка його і видалення води з донної частини резервуарів, дотримання санітарно-гігієнічних заходів профілактики і своєчасне застосування біоцидів - антимікробних присадок. Для захисту палив від обводнення всіляко зменшують контакт з повітрям, особливо вологим, використовують осушувальні препарати типу силікагелю, фільтрацію і т. д. Застосування надтонких фільтрів, термічна та радіаційна стерилізація (пастеризація) дають високі результати очищення палив. Фізико-механічні методи усунення мікроорганізмів представленні центрифугування, агломерація з наступним фільтруванням, флотація,  електрогідравлічне осаджування. Однак поряд з ефективністю цих методів стоїть викока ціна, що робить їх економічно нерентабельними.

      Ефективним методом захисту ПММ є використання антимікробних (біоцидних) присадок, які не повинні погіршувати експлуатаційні характеристики палив. Тому деякі біоциди, що застосовуються, наприклад, для захисту від біопошкоджень полімерних та інших матеріалів, виявляються непридатними для захисту палив. Є думка, що найбільш ефективним методом вважається комплексне опрацювання палива шляхом внесення інгібіторів в поєднанні з фільтрацією палива через фільтри, поверхня яких насичена тим же інгібітором. Пошук біоцидних препаратів йде на основі аналізу процесу мікробіологічного розкладання вуглеводнів. Знаючи схему процесу, послідовно перевіряючи з'єднання, можна виявити «метаболічні тупіки» - продукти токсичності для клітини, які або накопичують, або обривають процес, або направляють його іншим шляхом. У всіх випадках такі сполуки виявляють властивості активних інгібіторів мікробіологічного процесу  для знезараження паливних систем і сховищ після зливу палива. Вони пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів і запобігають біологічній корозії паливних баків. Розгляд спектру існуючих біоцидних присадок показало, що найбільш ефективними для палив для реактивних двигунів є металоорганічні сполуки, аміни, комплексні присадки з диметилдиалкіламонійхлоридом [R₂(CH₃)₂N]Cl, диметилалкілбензилам-монійхлоридом [R₂(CH₃)₂NC₆H₅--CH₂]Cl де R містить від 17 до 20 вуглеводневих атомів, а також гетероциклічні сполуки. При дослідженні цих з'єднань було встановлено, що в конфентрації від 0,05% і вище названі присадки пригнічують ріст усіх мікроорганізмів в паливі ТС-1. Із досліду було видно, що найбільш ефективною виявилась присадка диметилдиалкіламонійхлорид, яка при концентрації 0,05%  пригнічує розвиток мікроорганізмів в паливах. Серед численних випробуваних в якості біоцидів сполук також було встановлено, що високою бактерицидною дією володіє антимікробна присадка, що містить монометиловий ефір етиленгліколю з добавкою етиленгліколю, яка раніше отримала широку популярність в якості антиводокристалізаційної присадки PFA-55МВ. Оцінка мікробіоцибної дії присадки проводилась в лабораторних умовах по відношенню до мікроорганізмів, які були взяті з паливних баків реактивних літаків, які експлуатуються в різних кліматичних зонах. Результати цих досліджень показали, що ця присадка при вмісті її у водному розчині, яке контактує з паливом, в кількості 10-12,5% повністю зупиняє розвиток мікроорганізмів. Застосування біоцидних присадок для обробки систем літаків необхідно проводити періодично. Біоцидну присадку вводять в донну фазу чи в паливо,а вона мігрує в шар"під товарної води". Біоцидні присадки не повинні погіршувати показники якості палив, характеризуватися пролонгованою дією, шкідливо впливати на конструктивні деталі двигуна, паливо регулюючі апарати; надійність роботи фільтрів і бути нетоксичними. Продукти згорання цих речовин не повинні спричиняти шкідливу дію на навколишнє середовище. У низці наукових праць зазначається, що біоцидні присадки мають бути розчинними і у паливах, і у водній товщі та знищувати мікроорганізми в обох фазах, для запобігання перехресного зараження.