Tässä tekstissä opimme
- Mitä työstönesteiden mikrobit ovat
- Kuinka mikrobit vaikuttavat työstönesteisiin
- Kuinka mikrobit vaikuttavat ihmisiin
- Mikrobikasvuston kustannukset
- Kuinka mitata ja hallita mikrobikasvustoa
Tämän tekstin tarkoituksena on kerätä yhteen tietoa työstönesteiden mikrobikasvustoista ja niiden vaikutuksista sekä antaa kuva miten nämä pienet kaikkialla ympäristössämme elävät eliöt vaikuttavat työstöprosessin osana. Suurimalle osalle riittänee tämän artikkelin tieto, mutta aiheesta kiinnostuneiden kannattaa seurata tulevia julkaisujamme, sillä, muiden työstönesteaiheisten tekstien lisäksi, näitä erillisiä osioita tullaan käsittelemään tarkemmin tulevissa teksteissä, jolloin paneudutaan syvemmälle aihepiiriin. Artikkelin lopusta löydät linkin, jonka avulla seuraaminen on helppoa.
Mitä työstönesteiden mikrobit ovat?
Sana mikrobi kattaa alleen kaikki pieneliöt, joita ei voi nähdä paljain silmin, kuten bakteerit, sienet, hiivat ja virukset. Ne ovat läsnä kaikkialla: niitä elää suolistossamme, ihollamme, ne lentävät ilmassa ja päätyvät hengitysteidemme kautta elimistöömme. Työstönesteet, ovat erinomaisia kasvualustoja erilaisille mikrobeille [1][2], koska nesteestä löytyy kaikki tarpeellinen mikrobikantojen kasvuun: työstöneste ravinnoksi, vettä kosteudeksi ja vielä sopiva lämpötila, jossa lisääntyminen on tehokasta.
Työstönesteissä suurimmat ongelmat aiheutuvat erilaisista bakteereista ja sienistä. Usein mikrobit jaetaan kahteen luokkaan, aerobisiin ja anaerobisiin, sen perusteella, käyttävätkö ne happea osana aineenvaihduntaansa vaiko eivät. Toki välimallejakin on, mutta tästä jaosta on hyvä aloittaa.
- Aerobinen: tarvitsee happea kasvaakseen
- Anaerobinen: kuolee hapen vaikutuksesta
Koska työstönesteet sekoittuvat käytössä erittäin hyvin, ne myös ilmautuvat erittäin hyvin. Käytännössä tämä tarkoittaa, että kun koneilla työstetään, on nestejärjestelmässä paljon happea ja siten suuri osa mikrobeista on aerobisia. Nesteen ilmautumisen lisäksi merkittävä syy aerobisten mirkobien merkittävään rooliin on se, että aerobinen soluhengitys on kasvun osalta tehokkaampaa ja siten myös lisääntymisnopeus on suurempi [3].
Kuinka mikrobit vaikuttavat työstönesteisiin?
Kaikki mikrobit tarvitsevat kasvuunsa ravintoa. Työstönesteessä kasvavat mikrobit käyttävät ravintonaan työstönestettä ja koska syöty tavara ei tule mikrobista samanlaisena ulos, on ravinnoksi käytetty nesteen ainesosa rikkoutunut. Ei ole harvinaista, että erityisesti bakteereja voi olla olla jopa 10 miljoonaa yhdessä millilitrassa nestettä [4]. Kun jokainen näistä elävistä bakteereista syö nesteestä osan, ei neste kestä pitkään käyttökunnossa, vaan esimerkiksi voitelu- ja korroosionesto-ominaisuudet kärsivät sekä vesi ja työstöneste erottuvat toisistaan. Lisäksi niin sanotut biotensidit, eli mikrobien tuottamat pinta-aktiiviset aineet, voivat aiheuttaa työstönesteiden vaahtoamista [5]. Sienet, kuten homeet ja hiivat, aiheuttavat samoja ongelmia kuin bakteerit, mutta niiden lisäksi homeet kasvavat usein muodostaen suurehkoja massoja, jotka voivat kulkeutuessaan nestelinjaan tukkia sen.
Työstönesteiden kohdalla puhutaan niin sanotusta maanantain hajusta, joka ilmenee työstökoneiden seisottua viikonlopun tai lomajakson ajan. Tämä haju johtuu siitä, että seisova neste ei ilmaudu, eli happi alkaa hävitä nesteestä aerobisten bakteerien vaikutuksesta. Vaikutus kasvaa, jos nesteen pinnalla on kerros vuotoöljyä, joka estää tehokkaasti hapen liukenemisen ilmasta nesteeseen. Hapen määrän pienentyessä anaerobiset bakteerit alkavat saada tilaa nesteessä. Anaerobisten bakteerien aineenvaihduntatuotteena, eli eräänlaisena uloshengityksenä, syntyy usein rikkivetykaasua. Tämä on samaa tavaraa, kuin mitä tulee ulos pilantuneesta kananmunasta ja siten myös “maanantain haju” on vastaava. Vaikka nesteistä poistettaisiin kaikki rikki, josta mikrobit tuottavat rikkivetyä, ei se takaa ongelman poistumista. Lähes aina työstönesteisiin kertyy vähintään pieni määrä muita öljyjä, jotka sisältävät rikkiä. Tästä lähtee ketju, jossa aerobiset bakteerit rikkovat öljyt muotoon, jossa anaerobiset voivat tilaisuuden tullen käyttää valmiiksi pureskellun rikin soluhengitykseensä ja siten tuottaa rikkivetyä.[6]
Aerobiset bakteerit eivät useinkaan tuota samanalaisia aisteilla havaittavia yhdisteitä, vaikka niitä esiintyy yleensä nesteessä huomattavasti suurempia määriä ja siten ne hajottavat nestettä tehokkaasti. Aerobisten bakteerien soluhengityksessä syntyy hiilidioksidia, mikä muuttuu nesteessä hiilihapoksi, joka taas madaltaa nesteen pH-arvoa, eli happamoittaa sitä. Matala pH-arvo aiheuttaa usein nesteen rikkoutumisen, koska useat nesteen komponentit on tehty toimimaan tietityllä pH-alueella. Yleensä emulsion pisarakoko kasvaa pH:n laskiessa, mikä huonontaa sen voiteluominaisuuksia. Hapan neste myös edesauttaa terästen korroosiota. [7]
Mikrobit kasvavat usein ns. biofilmeissä, eli nesteessä kiertäviin partikkeleihin, erilaisiin lokeroihin ja toisiinsa takertuneena. Nesteessä olevien partikkelien, kuten työstetyn metallin tai terien osaset, toimivat tehokkaana alustana mikrobien kiinnittymiseen ja kasvuun. [8] Samalla biofilmien solujen erittämä lima toimii eräänlaisena liimana sitoen yhteen nesteessä kiertävät pienhiukkaset, jotka taas yhdessä muodostavat suurempia, jopa nestekanavia tukkivia massoja. Yksi merkittävä vaikutus tämän liman ja siten biomassan kehittymiseen on erilaset maa-alkalimetalli-ionit, joiden poistaminen nesteestä vähentää biofilmien kasvua ja kiinnittymistä [9].
Kuinka mikrobit vaikuttavat ihmisiin?
Suurin osa työstönesteiden mikrobeista on niin sanottuja gram-negatiivisia [10], jolloin ne sisältävät endotoksiineja. Nämä endotoksiinit aiheuttavat ihmisille useita erilaisia oireita kuten yskää, limannousua, nuhaa, hengenahdistusta, silmien ärsytysoireita, vilunväreitä, kuumetta, väsymystä, päänsärkyä, lihas- ja nivelkipuja, allergista alveoliittia, astmaa, allergista nuhaa, kroonista bronkiittia sekä orgaanisten pölyjen aiheuttamaa toksista oireyhtymää [11].
Perinteisesti mikrobikasvustoa työstönesteissä on pyritty hillitsemään niin sanotuilla biosideillä, eli käytännössä erilaisilla myrkyillä. Näiden käyttöä on kuitenkin rajoitettu terveyssyistä merkittävästi esimerkiksi EU:n asetuksilla, jotka käytännössä ovat poistaneet käytöstä monet tehokkaat biosidit, kuten ns. formaldehydien vapauttajat, koska ne itsessään aiheuttavat merkittäviä terveyshaittoja ihmisille. Toisaalta tämän voi perustellusti olettaa lisäävän mikrobien määrää nesteessä, joten vaihtoehtoiset ratkaisut ovat tarpeen. Mikorbien määrää kuitenkin edelleen hillitään erilaisilla biosideillä, kuten isotiatsoleilla, jotka itsessään aiheuttavat työntekijöille ärsytysoireit, minkä lisäksi mikrobien nopea eliminointi nostaa ilman endotoksiinitasoja huomattavasti [12].
Tauteja aiheuttavia mikrobeja eli patogeeneja nesteistä löytyy harvemmin vaikka poikkeuksiakin on [4]
Mikrobikasvuston kustannukset
Työstönesteiden mikrobeihin liittyvät kustannukset ovat merkittäviä johtuen niiden vaikutuksesta tuotannon lähes kaikkiin osiin. Kustannuksiin kuuluvat sekä työstönesteen pilaantumiseen liittyvät kustannukset että esimerkiksi työntekijöiden terveyskustannukset. Työstönesteen pilaantumiseen liittyviä kustannuksia ovat muun muassa:
- Nesteen hankintakustannukset
- Järjestelmän puhdistuskustannukset
- Jätteenhävityskustannukset
- Työstettyjen kappaleiden kasvanut hylkäysprosentti
- Alentunut työkalujen ja koneiden ikä
- Menetetty tuotantokapasiteetti [13]
Lisäksi mikrobit aiheuttavat tutkitusti työterveysongelmia, mikä lisää luonnollisesti myös kustannuksia. Kuluihin kuuluvat mahdolliset sairauspoissaolot, mutta myös työtehon lasku, jos työntekijä ei voi hyvin. Samalla, jos mikrobien hallintaan käytetään kemikaaleja, kuten biosideja, altistavat ne työntekijät usein allergisille reaktioille. Yhteensä mikorbien aiheuttamat työterveyskustannukset voivat nousta erittäin suureksi.
Kuinka mitata ja hallita mikrobikasvustoa?
Koska erilaiset mikrobit aiheuttavat todellisia ongelmia sekä taloudellisesti, teknisesti että työterveyden saralla, on niiden kasvun hillitseminen hyvin kannattavaa. Parhaimmat keinot tähän ovat:
- Hygienia. Älä laita nesteen sekaan mitään ylimääräistä, koska niiden mukana nesteeseen tulee mikrobeja ja ne toimivat niille ravintona.
- Partikkelit. Koska nesteeseen kertyyy aina ulkopuolisia aineita ja partikkeleita, on ne suodatettava tehokkaasti pois.
- Konsentraatio. Pidä konsentraatio, eli nesteen pitoisuus valmistajan määrittämällä oikealla tasolla.
- Vuotoöljyt. Poista vuotoöljyt, jotta ne eivät tee ilman liukenemista estävää kerrosta nesteen pintaan.
- Vesi. Nesteen lisäyksessä on tärkeää huolehtia veden sopivista ominaisuuksista kuten kovuudesta.
- Vaihto. Nesteiden vaihdon yhteydessä on tärkeää puhdistaa koneet huolellisesti, jotta vanhan nesteen ja mikrobien jäämät eivät pilaa uutta nestettä.
- Ilmaus. Nesteen ilmaaminen esimerkiksi pienellä pumpulla autttaa vähentämään hajuja tuottavien bakteerien määrää. Tämä tosin mahdollistaa aerobisten bakteerien lisääntymisen, joten varsinainen ratkaisu tämä ei missään nimessä ole.
- Puhdista nesteet mikrobeista. Kaikista toimenpiteistä huolimatta mikrobikasvustolta on erittäin vaikea kokonaan välttyä. Tällöin nesteen mikrobit on puhdistettava siihen tarkoitetuilla välineillä.
Hyödyllisintä on puhdistaa ja ylläpitää nesteitä jatkuvatoimisella prosessilla ja aloittaa heti nesteen vaihdon ja koneen puhdistuksen jälkeen, koska jokainen elävä mikrobi syö nesteen osia ja siten heikentää sen kuntoa. Samalla vapaasti liikkuvat mikrobit yhdessä muiden epäpuhtauksien kanssa tahtovat kiinnittyä kiinteisiin pintoihin biofilmeiksi, jolloin niiden saavuttaminen on vaikeaa. Kun nesteen mukana kiertävät mikrobit tuhotaan, eivät ne voi myöskään kiinnittyä. Koska lisätyn veden ja työstönesteen ominaisuudet, esimerkiksi konsentraatio ja veden kovuus, vaikuttavat merkittävästi työstöprosessiin ja mikrobikontaminaatioon, on niiden jatkuvatoiminen säätö ja mittaaminen tärkeää.
P.S. Jos haluat saada tiedon sähköpostiisi uusimmista päivityksistä, voit liittyä sähköpostilistallemme tästä.
Lähteet
[1] A. T. SIMPSON, M. STEAR, J. A. GROVES, M. PINEY, S. D. BRADLEY, S. STAGG, B. CROOK, Occupational Exposure to Metalworking Fluid Mist and Sump Fluid Contaminants, The Annals of Occupational Hygiene, Volume 47, Issue 1, January 2003, Pages 17–30, https://doi.org/10.1093/annhyg/meg006
[2] Passman, F. J. (2004). Microbial problems in metalworking fluids. Tribology & Lubrication Technology, 60(4), 24–27. Retrieved from https://www.proquest.com/scholarly-journals/microbial-problems-metalworking-fluids/docview/226960559/se‑2?accountid=27468
[3] Hentges DJ. Anaerobes: General Characteristics. In: Baron S, editor. Medical Microbiology. 4th edition. Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996. Chapter 17. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK7638/
[4] Sarah D. Perkins, Largus T. Angenent, Potential pathogenic bacteria in metalworking fluids and aerosols from a machining facility, FEMS Microbiology Ecology, Volume 74, Issue 3, December 2010, Pages 643–654, https://doi.org/10.1111/j.1574–6941.2010.00976.x
[5] (2020) Microbiology in Water-Miscible Metalworking Fluids, Tribology Transactions, 63:6, 1147–1171, DOI: 10.1080/10402004.2020.1764684
[6] Rancidity Control of Water-Based Metalworking Fluids. Milacron Marketing LLC Technical Report No. J/N 96/45, sivu 2, 1999.
[7] Characteristics of Metalworking Fluids – The Importance of pH+ and Reserve Alkalinity. TRIM® TECHNICAL BULLETIN Fluid Solutions for Metalworking
[8] Trafny, E.A. Microorganisms in metalworking fluids: Current issues in research and management. IJOMEH 26, 4–15 (2013). https://doi.org/10.2478/S13382-013‑0075‑5
[9] Shama Sehar and Iffat Naz (July 13th 2016). Role of the Biofilms in Wastewater Treatment, Microbial Biofilms — Importance and Applications, Dharumadurai Dhanasekaran and Nooruddin Thajuddin, IntechOpen, DOI: 10.5772/63499. Available from: https://www.intechopen.com/books/microbial-biofilms-importance-and-applications/role-of-the-biofilms-in-wastewater-treatment
[10] Kamat-tietokortti. Tietokortti kemiallisesta altistumisesta metalli- ja autoalojen työtehtävissä. Metallin työstö. Työturvallisuuskeskus & Työterveyslaitos, 2019.
[11] Cyprowski, Marcin & Piotrowska, Malgorzata & Zakowska, Zofia & Szadkowska-Stańczyk, Irena. (2007). Microbial and Endotoxin Contamination of Water-Soluble Metalworking Fluids. International journal of occupational medicine and environmental health. 20. 365–71. 10.2478/v10001-007‑0036‑y.
[12] Donguk Park, Kay Teschke, Karen Bartlett, A Model for Predicting Endotoxin Concentrations in Metalworking Fluid Sumps in Small Machine Shops, The Annals of Occupational Hygiene, Volume 45, Issue 7, October 2001, Pages 569–576, https://doi.org/10.1093/annhyg/45.7.569
[13] Byers, Jerry P. Metalworking fluids, third edition. Boca Raton, Taylor & Francis, CNC Press, 2017. 243 s. ISBN 9781498722223.