Skomentuj 
Podziel się!
Udostępnij
Twittnij
Wyślij
Drukuj
Problem mikrobiologicznego skażenia dotyczy wszystkich produktów naftowych, w każdej fazie ich obróbki i użytkowania. Rozwój mikroorganizmów może powodować zmiany właściwości użytkowych paliwa, korozję zbiorników i systemów przesyłu produktu w całym ciągu logistycznym.
Czynniki warunkujące rozwój mikroorganizmów
Do podstawowych czynników wpływających na rozwój mikroorganizmów należą: obecność wody, dostępność tlenu, temperatura oraz zawartość substancji odżywczych i substancji toksycznych.
Woda może dostawać się do zbiorników w postaci pary wodnej, wody opadowej lub gruntowej, a także powstawać na skutek gwałtownych zmian temperatury (kondensacja na ściankach zbiornika). W zależności od rodzaju drobnoustroju zmienne są uwarunkowania dotyczące wilgotności środowiska. Im środowisko jest bardziej uwodnione, tym bardziej dynamiczny jest rozwój mikroorganizmów w zbiorniku z paliwem. Obniżenie ilości wody wpływa zatem na zahamowanie lub całkowite ograniczenie rozwoju mikroorganizmów. Jak podaje Szopa [i], spośród wszystkich drobnoustrojów mogących zasiedlać zbiorniki paliwowe, najmniej odporne na zmiany wilgotności są bakterie (min. wilgotność do ich rozwoju to ok. 30%), podczas gdy pleśnie mogą rozwijać się nawet na suchych podłożach (min. wilgotność do ich rozwoju to ok. 15%).
Drobnoustroje zawieszone w powietrzu, cząstkach pary wodnej czy kurzu dostają się wraz z nimi do zbiorników z paliwem, gdzie osadzają się w warstwie przydennej. Z tego względu najintensywniejszy rozwój występuje na granicy faz woda-paliwo. Woda, wraz z rozpuszczonymi w niej solami mineralnymi i zanieczyszczeniami pochodzenia organicznego, stanowi swoisty magazyn substancji potrzebnych do rozwoju szkodliwej mikroflory [ii]. W warstwie przydennej zbiornika mikroorganizmy prócz wody mają zapewniony także dostęp do składników odżywczych (źródło węgla i energii w postaci składników paliwa). Nośnikami innych składników odżywczych (w tym azotu, siarki, fosforu) mogą być także kurz, owady oraz dodatki, którymi uszlachetniany jest produkt. W warstwie paliwa, na skutek ograniczonej ilości wody rozwój szkodliwej mikroflory ma przebieg powolny i niekiedy trudny do zaobserwowania.
Na granicy faz paliwo-woda, zachodzą procesy formowania biofilmu, a wytwarzane substancje i powstające produkty przemiany materii, pełnią rolę swoistego spoiwa, sprzyjającego dalszemu namnażaniu. Wytworzony w ten sposób biofilm zawiera bakterie i grzyby, które w procesach metabolicznych mogą rozkładać węglowodory z paliwa. Na skutek intensywnego rozwoju mikroorganizmów, i zużywania przez nie tlenu, powstają sprzyjające warunki do rozwoju beztlenowych bakterii redukujących siarczany, które są głównym sprawcą poważnych problemów korozji elementów instalacji stosowanych w przemyśle rafineryjnym [iii].
Większość mikroorganizmów potrzebuje do życia tlenu. Ilość tlenu obecnego w paliwie pozwala na zasiedlenie tego środowiska przez drobnoustroje tlenowe, przy czym najkorzystniejsze dla ich rozwoju są takie warunki, gdy warstwa paliwa nad warstwą wody jest jak najcieńsza, umożliwiając swobodną dyfuzję tlenu z otaczającego powietrza atmosferycznego. Z taką sytuacją mamy do czynienia w przypadku opróżniania zbiornika z paliwa, gdy wierzchnia warstwa węglowodorowa maleje wraz z wydobywaną ze zbiornika masą paliwa. W przypadku utrudnionego dostępu tlenu, w fazie wodnej rozwijają się formy beztlenowe.
Kolejnym czynnikiem wpływającym na rozwój drobnoustrojów jest temperatura, od której uzależnione są procesy enzymatyczne w komórce. W zależności od temperatur kardynalnych, mikroorganizmy podzielono na trzy grupy [Błąd: Nie znaleziono źródła odwołania]:
1. Psychrofile – rozwijające się najlepiej w temperaturze 18-20°C;
2. Mezofile – rozwijające się najlepiej w temperaturze 30-37°C;
3. Termofile – ciepłolubne, rozwijające się najlepiej w temperaturze 50-65°C.
Wielkość temperatury znacząco wpływa na tempo i stopień biodegradacji produktów naftowych, przy czym procesy mikrobiologicznego rozkładu przebiegają szybciej w temperaturach wyższych.
Obok wspomnianych czynników, aktywność życiowa mikroorganizmów zależy od składu zasiedlanego przez nie produktu naftowego (zawartość soli mineralnych, udział poszczególnych grup węglowodorów itd.). Z dostępnej literatury wynika, że rozwojowi mikroorganizmów sprzyja obecność pierwiastków, takich jak: K, Mg, Fe, Zn, Mn, Cu, Cr, Mo, Ca, N i F, które są materiałem budulcowym komórki i źródłem energii, natomiast obecność soli metali ciężkich, związków fenolowych i siarkowych, wpływa na zahamowanie rozmnażania i rozwoju, a nawet wykazuje działanie biobójcze.
Objawy rozwoju i skażenia produktów naftowych
Rozwój mikroorganizmów w zbiornikach z paliwem obserwowany jest m.in. w postaci [iv]:
zmętnienia i/lub ciemnienia paliwa;
powstawania szlamu na dnie zbiorników;
powstawania trwałych emulsji paliwowo-wodnych, zwłaszcza w przydennej warstwie zbiorników;
złogów grzybni na wewnętrznej powierzchni zbiorników;
zmiany struktury powłok zbiorników magazynowych;
zatykania filtrów paliwowych.
W ostatnim czasie dostrzega się tendencję do wzrostu liczby mikrobiologicznych skażeń paliw. Zjawisko to związane jest z rosnącymi możliwościami adaptacyjnymi organizmów, zmianami w składzie chemicznym produktów naftowych, znacznie częstszym stosowaniem dodatków uszlachetniających oraz wydłużeniem czasu przechowywania paliw, zwłaszcza z uwagi na konieczność utrzymywania rezerw paliwowych.
Wpływ mikroorganizmów na zasiedlane środowisko
W wyniku rozwoju mikroorganizmów, wzrasta kwasowość fazy wodnej, zgromadzonej w strefie przydennej zbiorników, co przyczynia się do występowania szeregu zjawisk powodujących m.in.[Błąd: Nie znaleziono źródła odwołania, v, vi, vii]:
korozję zbiorników magazynowych i elementów systemu dystrybucji;
zmiany własności paliwa (rozkład węglowodorów, utrata właściwości działania dodatków uszlachetniających);
wydzielanie się w zbiornikach magazynowych siarkowodoru lub innych gazów o charakterystycznym zapachu (korozja zw. silver strip, obserwowana w niektórych jaskiniach skalnych służących, jako magazyny dla strategicznych rezerw paliwa).
Metody przeciwdziałania skażeniu
Do przeciwdziałania skażaniu produktów naftowych wykorzystuje się różnego rodzaju metody zapobiegawcze lub naprawczych, które ogólnie podzielić można na metody fizyczne i chemiczne. Do metod fizycznych zalicza się [viii, ix] usuwanie wody zbierającej się na dnie zbiorników oraz mechaniczne czyszczenie i odkażanie zbiorników. Ważne jest także prowadzenie stałej kontroli jakości mikrobiologicznej paliwa, minimalizowanie stopnia skażenia na poszczególnych etapach dystrybucyjnych, a także zachowanie zasad dobrej praktyki produkcyjnej. W chwili gdy zabiegi czyszczenia i usuwania wody są niemożliwe do wykonania lub ich wykonanie jest nieskuteczne, stosuje się biocydy (metoda chemiczna).
Biocydy są substancjami o działającymi biobójczo (efekt zwalczania) lub hamująco (efekt ograniczania) na rozwój mikroorganizmów w danym środowisku.
Ograniczeniem lub nawet uniemożliwieniem działania biocydu jest obecność biofilmów, blokujących dostęp do wnętrza komórki drobnoustroju. Ponadto wprowadzenie do paliwa skażonego biocydu powoduje powstanie nowych osadów (martwej biomasy), które mogą zablokować filtry i układ paliwowy. Dlatego też przed zastosowaniem tego typu dodatków, jak i w trakcie ich działania ważne jest podjecie kroków prewencyjnych związanych z oczyszczaniem warstwy przydennej w zbiornikach paliwowych.
Do produktów naftowych najczęściej stosowane są biocydy izotiazolonowe i N-trihalometylotionowe oraz różnorodne polimeryczne czwartorzędowe sole amonowe, przy typowym stężeniu dozowania w granicach od 50 do 600ppm. Wybór skutecznego biocydu oraz optymalnego stężenia jego dozowania określany jest na podstawie badań i uzależniony od rodzaju drobnoustroju i rodzaju produktu, poziomu skażenia oraz warunków przechowywania produktu. Należy zwracać uwagę na prawidłowy dobór stężenia dodatku, ponieważ nieodpowiednia dawka, może spowodować intensyfikację rozwoju mikroflory, a więc efekt odwrotny do zamierzonego.
Laboratoryjna ocena skuteczności działania dodatku polega na wprowadzeniu odpowiedniego stężenia (i rodzaju) środka biobójczego do wybranego paliwa, okresowym skażaniu produktu naftowego testowymi szczepami mikroorganizmów i obserwacji mikroskopowej wyrosłych jednostek mikroorganizmów (bakterii, grzybów pleśniowych i drożdży) w odstępach dwutygodniowych, przez 8 tygodni testu. W oddzielnym teście prowadzi się także ocenę odporności paliwa na beztlenowe bakterie redukujące siarczany SRB.
Skuteczny biocyd powinien charakteryzować się szerokim spektrum działania zarówno w fazie olejowej, jak i wodnej, w niskich stężeniach dozowania, a ponadto: odpornością na rozkład biochemiczny w paliwie, zdolnością do przenikania przez błony biologiczne oraz niską toksycznością i biodegradowalnością. Nie powinien ponadto zmieniać specyfikacji paliwa, być kompatybilny z paliwem i z innymi dodatkami uszlachetniającymi (np. z inhibitorem korozji), a także bezpieczny i łatwy w użyciu oraz efektywny ekonomicznie.
W celu zapobiegania mikrobiologicznej korozji zbiorników, systemów rurociągowych itp. stosuje się dodatkowo różnego rodzaju materiały i powłoki konstrukcyjne odporne na mikrobiologiczną ingerencję drobnoustrojów, przy równoległym stosowaniu dodatków o charakterze inhibitorów korozji, kompatybilnych z zastosowanym biocydem, dodawanych do produktów naftowych.
Podsumowanie
Mikroorganizmy mają zdolność zasiedlania wszystkich możliwych środowisk i produktów, w tym paliw. Do ich rozwoju w zbiornikach niezbędna jest woda (nieuniknione zanieczyszczenie), warunkująca procesy metaboliczne komórki, oraz substancje odżywcze pobierane z paliwa zawierającego dodatki uszlachetniające. Z uwagi na powyższe, najintensywniejszy rozwój szkodliwej mikroflory obserwowany jest w warstwie przydennej zbiornika, na granicy faz woda-paliwo. W wyniku działalności mikroorganizmów stwierdza się powstawanie osadów, szlamów, emulsji czy też biofilmów – wpływających na zmianę wyglądu paliwa, właściwości użytkowe oraz zmiany w strukturze powłok wewnętrznych ścian zbiorników paliwowych, prowadzące do mikrobiologicznej korozji.
Podstawową metodą ochrony paliw przed rozwojem mikroorganizmów i skażeniem produktów naftowych jest usuwanie wody z dna zbiorników, filtrowanie i odkażanie paliwa oraz stosowanie chemicznych dodatków biobójczych, dobranych laboratoryjnie, likwidujących lub ograniczających mikrobiologiczne skażenie produktu.
Dodatkowo paliwo powinno być chronione przed zanieczyszczeniem mikrobiologicznym poprzez stosowanie zasad dobrej praktyki produkcyjnej, a także stałą kontrolę jakości mikrobiologicznej w całym ciągu logistycznym.
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Mikroorganizmy a produkty naftowe