کنترل رشد میکروبی در سیالات ماشینکاری

میکروب‌های موجود در سیالات ماشین‌کاری را می‌تواند در دو دسته باکتری‌ها و قارچ‌ها طبقه‌بندی نمود. میکروب‌ها برای رشد به مواد مغذی و مولکول‌های حاوی N، P، C، S و … نیاز دارند که محیط سیال ماشین‌کاری این مواد را برای آن‌ها فراهم می‌نماید. با حضور میکروب‌ها در این سیالات فرمولاسیون و ساختار شیمیایی آنها تغییر یافته و ماهیت روانکاری و ضد خوردگی این دسته از روانکارها از بین می رود.

بیش از 2000 گونه باکتری شناخته شده بر روی زمین وجود دارد اما تنها کمتر از 12 گونه در سیالات قابل امتزاج در آب یافت می‌شوند (مرجع Background_on_Bacteria_and_Fungus_in_Metalworking_Fluids)

میکروب‌ها به وسیله یک یا چند عامل وارد سیستم خنک کننده می‌شود. این عوامل عبارتند از :

• آب مورد استفاده در تهیه امولسیون
• وجود رسوب در مخزن سیال خنک کننده و یا مجاری عبوری آنها
• اجزای ماشین
• خاک
• هوا
• دستهای اپراتور
• آلودگی‌های خارجی مانند تکه‌های مواد غذایی، فضولات پرندگان و …

یک روش طبقه‌بندی باکتری‌ها، بر اساس نیازشان به اکسیژن است. باکتری‌های هوازی برای رشد نیاز به اکسیژن مولکولی دارند، باکتری‌های بی‌هوازی در غیاب اکسیژن مولکولی رشد و نمو می‌یابند و باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری (فاکولتاتیو) اکسیژن را ترجیح می‌دهند اما قادرند چه در حضور و چه در غیاب اکسیژن زندگی کنند (مرجع Rancidity Control of water based metalworking fluids).

در صورت نبودن اکسیژن رشد باکتری‌های هوازی بسیار کند و به تدریج متوقف می‌شود. گروهی از این باکتری‌ها روغن را به عنوان منبع غذایی مورد استفاده قرار می‌دهد و در ماشین آلاتی که حجم زیادی از روانکار نشت می‌کنند رشد بالایی دارد. بنابراین برای جلوگیری از رشد این باکتری‌ها می‌بایست نشتی‌های دستگاه از بین رفته و روغن‌های سرگردان جمع آوری گردند. همچنین می‌توان این روغن‌ها را به وسیله دستگاه اسکیمر از سطح سیال خنک کننده جدا نمود. گروه دیگری نیز می‌تواند به واسطه مواد مختلفی مانند مواد معدنی موجود در آب و یا در مایعات با غلظت بالا رشد کنند.

در بیشتر مواقع باکتری‌های هوازی پس از مدت زمانی حدود 20-30 دقیقه با دو نیم شدن تکثیر می‌شوند، بنابراین بعد از گذشت مدت زمان مورد نظر تعداد باکتریها طبق جدول زیر افزایش می‌یابد ( مشروط بر اینکه همه باکتری‌ها زنده بمانند )

(مرجع جدول کتاب  Cutting and Grinding Fluids: Selection and Application است.)

باکتری‌های بی‌هوازی دسته‌ای از باکتری‌ها هستند که بوی تخم‌مرغ گندیده یا بوی شنبه صبح را ایجاد می‌کنند که عامل شیمیایی آن سولفید هیدروژن است. باکتری‌های کاهنده سولفور که ترکیبات گوگردی را تجزیه می‌کنند در این گروه جای می‌گیرند. (مرجع Rancidity Control of water based metalworking fluids). این دسته از باکتری ها بسیار کندتر از باکتری‌های هوازی رشد کرده و تقریباً هر 4 ساعت یک بار تقسیم می‌شوند. پس از فعالیت باکتری‌های هوازی در سیالات خنک کننده، باکتری‌های غیرهوازی فعال می‌شوند.

رشد باکتری‌ها در امولسیون‌های تازه، باعث تولید اسید و نمک ها می‌شود که این ترکیبات جزء عوامل خوردگی سیستم محسوب می‌شوند. رشد سریع باکتری‌ها حملات آنها را به سیال بیشتر می‌کند، بنابراین اگر تعداد کمتری باکتری در زمان مورد نظر رشد کند، زیان‌های وارده نیز کاهش خواهد یافت.

قارچ‌ها شامل مخمرها و کپک‌ها می‌شوند. اگر قارچ‌ها در یک مخزن سیال ماشین‌کاری رشد کنند، منجر به ایجاد یک بوی نمناکی می‌شوند. کپک‌ها توده‌های لاستیکی شکل روی ماشین‌ها، در خطوط و روی اجزای مخازن سیال ماشین‌کاری، ایجاد می‌کنند (Rancidity Control of water based metalworking fluids). گزارش شده است که بیوفیلم‌های باکتریایی چسبیدن و رشد کپک‌ها را راحت‌تر می‌کند. این واقعیت نشان‌دهنده اهمیت تحت کنترل داشتن تعداد باکتری‌ها را نشان می‌دهد تا بدین وسیله بیومس‌های کپکی ایجاد مشکل ننماید (مرجع Rancidity Control of water based metalworking fluids).

برای پیشگیری از این مشکلات چندین روش می‌تواند اتخاذ شود. یکی از مهمترین روشها، انتخاب مواد خام مورد استفاده توسط سازندگان سیالات ماشینکاری است. برخی مواد اولیه نسبت به دیگر مواد خوراک بهتری برای باکتری ها محسوب می شوند. بنابراین انتخاب فرمولاسیون مناسب به وسیله تولیدکننده از اهمیت بالایی برخوردار است.

روش دوم، استفاده از محلول ضد باکتری با ترکیب مناسب است تا بتواند از تجزیه سیال و ازدیاد باکتری‌ها جلوگیری کند. تعداد کمی از محلول‌های ضد باکتری مؤثرند و می‌بایست با دقت بالایی استفاده شوند تا خود به عنوان مواد مغذی برای رشد و تکثیر باکتریها استفاده نشوند.

سومین و بهترین روش، نگهداری مناسب از سیال و کنترل رشد باکتری هاست. زمانی که سیال خنک کننده تازه، وارد مخزن آلوده شود، این الودگی منشأ حضور باکتری از ابتدا خواهد بود و مواد مغذی برای رشد آنها از براده ها، رسوبات مخزن و سطح ماشین و سیستم گردشی تأمین می‌شود. بنابراین اگر مخزن سیال خنک کننده توسط مواد پاک کننده مناسب و آب شستشو داده شود و سپس سیال تازه در آن جایگزین شود عمر مفید آن 4 تا 6 ماه نسبت به حالتی که آلوده باشد ( که عمری کمتر از یک ماه خواهد داشت) بیشتر خواهد شد.

به طور معمول میزان حجم سیال در سیستم های مرکزی 3 تا 5 برابر بیشتر از شرایط مجزا می‌باشد. بنابراین اگر باکتری‌ها در سیستم مرکزی با درصد معمول رشد کنند، میزان کمتری به عنوان سرریز اضافه شده و زمان ماند بیشتری نسبت به شرایط مجزا به باکتری داده می‌شود تا با رشد و تکثیر خود منجر به تخریب خنک کننده شود. همچنین باکتری‌ها تمایل زیادی به رسوب شدن در ته مخزن دارند بنابراین ته نشین شدن ذرات فلز نرم و دیگر لجن‌ها در سیستم، به باکتری های غیرهوازی کمک می‌کند تا رشد بهتری داشته باشند.

کنترل رشد باکتری‌ها در سیستم‌های مرکزی در مقایسه با مخازن غیر مرکزی (مجزا) بسیار مشکل است. فیلتراسیون مناسب برای جلوگیری از تجمع رسوب و بهم زدن سیال توسط یک همزن می‌تواند در کنترل رشد باکتری‌ها مؤثر باشد. همچنین استفاده از اسکیمرها و سانتریفوژ برای دفع روغن های سرگردان و مواد نرم کوچک در سیستم مرکزی، نرخ رشد باکتری ها را به شدت کاهش می‌دهد.

آلودگی‌های قارچی نیز مشکل ساز است. مواد معدنی موجود در آب به عنوان خوراک قارچ ها محسوب می‌شود. بنابراین حذف مواد معدنی از آب رشد قارچ ها را به کمترین حد ممکن می‌رساند. در شرایط وجود قارچ در ماشین، سیستم خنک کننده می بایست پاک و ضدعفونی شود تا رشد قارچ ها متوقف شده و از بین برود.

روش های آزمایشگاهی متفاوتی برای کنترل و سنجش پتانسیل رشد باکتری ها در سیالات فلزکاری وجود دارد که می‌تواند آثار بیوساید ها را اندازه گیری کند. در سال های اخیر آزمایش‌های ساده ای در این زمینه گسترش یافته که برای کنترل رشد میکروبی در محلول‌های سیالات خنک کننده به کار گرفته می‌شوند.

چنان که اشاره شد تعداد کمی بیوساید وجود دارد که در خنک کننده‌ها تأثیر گذارند زیرا هر کدام فرمولاسیون خاص خود را دارند. زمانی که از بیوساید استفاده می‌شود رعایت توصیه‌های تأمین کننده بیوساید الزامی است زیرا مصرف حجم کمتر از حد لازم آن موجب تشدید رشد میکروبی می‌شود و از طرفی مصرف بیش از حد لازم آن، موجب به خطر انداختن سلامت و بهداشت اپراتور می‌شود.