Mikrobit työstönesteessä

Kir­joit­ta­ja on toi­mi­nut teol­li­suu­des­sa yli 10 vuo­den ajan sekä koneis­ta­ja­na, opis­ke­li­ja­na, toi­mi­hen­ki­lö­nä että joh­to­por­taas­sa. Vii­mei­sim­mät nel­jä vuot­ta on pai­not­tu­nut eri­tyi­ses­ti työs­tö­nes­tei­siin, nii­den tut­ki­mi­seen ja ongel­mien rat­kai­suun. Teks­teis­sä hän pyr­kii toi­mit­ta­maan tie­toa luo­tet­ta­vis­ta läh­teis­tä sopi­vas­ti kan­san­ta­juis­taen, kos­ka havain­not osoit­ta­vat, että fak­ta­tie­doil­le on kysyntää. 

Tässä tekstissä opimme

1. Mitä työs­tö­nes­tei­den mik­ro­bit ovat
2. Kuin­ka mik­ro­bit vai­kut­ta­vat työstönesteisiin
3. Kuin­ka mik­ro­bit vai­kut­ta­vat ihmisiin
4. Mik­ro­bi­kas­vus­ton kustannukset
5. 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:

1. Nes­teen hankintakustannukset
2. Jär­jes­tel­män puhdistuskustannukset
3. Jät­teen­hä­vi­tys­kus­tan­nuk­set
4. Työs­tet­ty­jen kap­pa­lei­den kas­va­nut hylkäysprosentti
5. Alen­tu­nut työ­ka­lu­jen ja konei­den ikä
6. 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:

1. Hygie­nia. Älä lai­ta nes­teen sekaan mitään yli­mää­räis­tä, kos­ka nii­den muka­na nes­tee­seen tulee mik­ro­be­ja ja ne toi­mi­vat niil­le ravintona.
2. Par­tik­ke­lit. Kos­ka nes­tee­seen ker­tyyy aina ulko­puo­li­sia ainei­ta ja par­tik­ke­lei­ta, on ne suo­da­tet­ta­va tehok­kaas­ti pois.
3. Kon­sent­raa­tio. Pidä kon­sent­raa­tio, eli nes­teen pitoi­suus val­mis­ta­jan mää­rit­tä­mäl­lä oikeal­la tasolla.
4. Vuo­to­öl­jyt. Pois­ta vuo­to­öl­jyt, jot­ta ne eivät tee ilman liu­ke­ne­mis­ta estä­vää ker­ros­ta nes­teen pintaan.
5. Vesi. Nes­teen lisäyk­ses­sä on tär­ke­ää huo­leh­tia veden sopi­vis­ta omi­nai­suuk­sis­ta kuten kovuudesta.
6. Vaih­to. Nes­tei­den vaih­don yhtey­des­sä on tär­ke­ää puh­dis­taa koneet huo­lel­li­ses­ti, jot­ta van­han nes­teen ja mik­ro­bien jää­mät eivät pilaa uut­ta nestettä.
7. 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.
8. 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] Fre­de­rick J. Pass­man & Peter Küenzi (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.