Биотехнологический способ очистки деталей техники от загрязнений

 

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к микробиологическому способу очистки от загрязнений (нагаров, лаков отложений и других) авиационных и других деталей техники в процессе их эксплуатации. Очистка деталей производится в процессе их обрастания грибами (представителями порядка Eurotiales), которые культивируются либо в жидкой среде, либо на поверхности деталей, покрытых питательным агаром в течение 5-12 дней. Степень очистки деталей контролируется путем просмотра в сканирующем микроскопе. Способ позволяет повысить эффективность очистки, удешевить процесс и обеспечить экологическую безопасность. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к микробиологическому способу очистки от загрязнений деталей, используемых в различных отраслях техники (детали машин, тракторов, кораблей, самолетов). Особое значение это имеет при очистке деталей, имеющих внутренние труднодоступные загрязненные поверхности (например, авиационные и другие двигатели или детали со сложными поверхностями). В качестве примера, где наиболее трудно удалимы загрязнения, рассмотрим авиационные двигатели.

При эксплуатации авиационных двигателей (Д-30 КУ, НК-8 и других) на их деталях (топливных коллекторах, камерах сгорания, форсунках, на внутренних стенках газовоздушного тракта, лопатках и т.д.) происходит образование различного рода загрязнений (отложений). Загрязнениями, которые подлежат обязательному удалению, являются продукты высокомолекулярных превращений масел, топлив и рабочих жидкостей, нагароотложения, лаковые отложения, смолы и осадки.

Известны восемь способов очистки деталей двигателей от загрязнений [1-3] : 1. Промывка деталей и узлов синтетическими моющими средствами 2. Химическая очистка от нагара 3. Электрохимическая очистка деталей 4. Виброшлифовка и виброполировка 5. Обработка деталей электрокорундом 6. Очистка деталей растворителями (бензином, ацетоном и т.д.) 7. Моющие установки (УПД-8 и др.), основанные на применении моющих средств, дистиллированной воды, нагретого водяного пара 8. Механическая очистка деталей Наиболее широко используемыми и близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к настоящему изобретению являются 1 и 2 способы [1]. Согласно этим способам, детали, покрытые нагаром и другими загрязнениями, помещают в ванну "черновой промывки", например, с моющим средством МС-8 или смесью, состоящей из жидкости "Прогресс", Уайт-спирта и фенольного каменноугольного креолина (в сумме 5%) и воды - (95%), далее идет промывка в горячей и далее холодной проточной воде. Затем - осветление, нейтрализация, удаление коррозии с поверхности деталей и сушка. Антикоррозионная обработка проводится в растворе бихромата калия или натрия в течение 1-2 минут. Смесь МС-8 содержит, %: кальцинированная сода 38, силикат натрия 29, тринатрийфосфат 25 и синтамид 5, вода 5; рабочая температура растворов - 40-60^oC.

Очистка деталей от загрязнений трудоемка и составляет 7-9% от общей трудоемкости. Кроме того, моющие средства содержат агрессивные соединения, которые требуют нейтрализации, больших сточных емкостей (отстойников), что наносит серьезный ущерб экологической обстановке. Следует также добавить, что работа с моющими жидкостями, например, АФТ-1 или ЭКМ, которые содержат этилацетат и керосин, представляет серьезную опасность для рабочего персонала, учитывая, что процесс очистки проходит в больших негерметичных емкостях 300-500 л.

Целью данного изобретения является разработка более эффективного способа очистки различных деталей техники от загрязнений, удешевление процесса и обеспечение его экологической безопасности. Кроме того, поставленной целью является разработка более объективного метода, чем существующая визуальная 5-бальная шкала, позволяющая судить о степени очистки деталей.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что используется способность микроорганизмов, в частности грибов, деградировать загрязнения (нагары), которые возникают в процессе эксплуатации различных деталей техники (машин, авиадвигателей, тракторов). Нагары могут быть продуктами высокомолекулярных продуктов превращений углеводородных топлив (асфальтены, карбены) [4] . Основной компонент нагара - карбены являются продуктами полимеризации циклических углеводородов (полифенилены, поликсилилены). Эти соединения (карбены и карбоиды) составляют 80- 85%, асфальтены - 4-7%, смолы - 6-14%, зола 1,5%. Из других загрязнений можно отметить смолистые отложения и осадки, имеющие сложный состав,%: масло 50-85, топливо 1-7 оксикислоты 2-15 и др. Перечисленные соединения могут быть субстратами для высших грибов, обладающих высокой деградирующей активностью по отношению к этим соединениям, что дает возможность очищать авиадетали от загрязнений. С этой целью используют представители порядка Eurotiales - Aspergillus и Penicillium, а именно A. flavus ВКМ F-25, A. ochraceum ВКМ F-43, A. niger ВКМ F-33, P. firniculosum ВКМ F-284, P. expansum ВКМ F-230, P. citrinum ВКМ F-253.

Загрязненные детали - цилиндры, форсунки, лопатки компрессорные, лопатки соплового аппарата (I и II степени) либо покрывают сусловым агаром для поверхностного культивирования, либо помещают в среду Блюменталя-Роземана (погруженное культивирование). Последняя имеет состав (г/л): сахароза - 30; KCl - 0,5; KH₂PO₄ - 10; MgSO₄·7H₂O - 10; (NH₄)₂SO₄ - 10; микроэлементы (мг/л): FeSO₄-0,01; ZnSO₄-0,05. Далее инокулируют сусло-агар и среду указанными выше грибами, используя для этого либо один штамм, либо смесь нескольких штаммов аскомицетных грибов. Обрастание деталей при поверхностном культивировании начинается через 18-20 ч при температуре 27 - 28^oC; через 60-70 ч весь агар покрывался воздушным мицелием, далее происходят деструкция нагарового слоя и очищение детали.

Известно, что споры аскомицетных грибов являются сильными аллергенами [6], что представляет определенную опасность для персонала при поверхностном культивировании аскомицетных грибов. Однако в данных условиях происходила задержка в образовании конидий, что можно было объяснить ингибированием спорогенеза производными нафталина (входят в состав нагара).

Цель настоящего изобретения - также разработка более точного способа, позволяющего оценить степень очистки деталей авиационной техники от нагаров вместо визуального 5-бального способа. Для этого поверхность авиадетали просматривают в сканирующем микроскопе, например, JEOL JSM-T300, без напыления золотом. Полученные результаты четко показывают различия в степени очистки авиадеталей и позволяют считать, что микробиологический метод обеспечивает большую очистку, причем при этом полностью отсутствуют коррозионные явления.

Конкретное выполнение способа показано на примерах очистки авиадеталей.

Пример 1.

В емкость, например эксикатор, помещают на закрывающую дно пластинку авиадеталь с нагаром (например, лопатку). Поверхность авиадетали покрывают слоем сусло-агара, приготовленного на основе 7^oБ сусла. Слой агара на авиадетали составляет 2-3 мм. После застывания агара на его поверхность наносят водную суспензию спор A. flavus ВКМ F-25. С этой целью на косяках сусло-агара выращивают поверхностный мицелий в течение 5-6 суток при 27-28^oC и после наступления процесса образования конидиеносцев с конидиями собирают последние водным способом, что позволяет избежать рассеяния конидий в воздушной среде и предохраняет персонал от аллергенных заболеваний. После засева агара полученным инокулятом на дно эксикатора помещают чашку с водой для создания влажной атмосферы. Эксикатор с авиадеталями выдерживают при 27-28^oC. Через 20-24 ч поверхность агара зарастает воздушным мицелием, а через 70-80 ч можно наблюдать начальные стадии исчезновения нагара и постепенное очищение детали. Полное очищение авиадетали, подтвержденное наблюдением в сканирующий микроскоп, наблюдается через 5-8 дней.

Пример 2.

То же, но для инокуляции агара используются конидии A. niger ВКМ F-33. В этом случае зарастание агаровой среды, покрывающей авиадеталь, наступает несколько позже (через 25-28 ч), а очищение детали наблюдается через 7-9 дней.

Пример 3.

То же, что и в примере 1, но для инокуляции сусло-агара на авиадетали используют P. fuscum или P. funiculosum ВКМ F-284. В этом случае зарастание агаровой среды поверхностным мицелием наступает через 26-28 ч, а очищение детали наблюдается через 9-10 дней.

Пример 4.

То же, что и в примере 1, но в качестве среды обрастания используют агаровую среду на основе среды Блюменталя-Роземана, содержащую, однако, 0,5-1,0% сахарозы. В этом случае зарастание агара происходит через 26-29 ч, а очищение детали наблюдается через 8-9 дней.

Пример 5.

То же, что и в примере 1, но авиадеталь погружают в жидкую среду, в которой выращен 2-х суточный мицелий, т.е. культивирование A. flavus ВКМ F-25 ведут в погруженной культуре с перемешиванием на магнитной мешалке при комнатной температуре. При этом мицелий растет в виде пеллетов, диаметр которых колеблется от 1 до 5 мм. При очистке деталей от нагара наблюдалось обрастание отделившихся комочков нагара мицелием, при этом происходят деструктурирование нагара и проникновение гиф гриба внутрь нагаровых комочков. В данном случае очистка детали от авианагара происходит не полностью и требует более длительного времени (до 10-12 дней).

Пример 6.

То же, что и в примере 1, но для инокуляции сусло-агара используются смесь штаммов, например A. flavus ВКМ F-25 и P. citrinum ВКМ F-253. В этом случае зарастание агаровой среды наступает через 23-26 ч, а полное очищение детали наблюдается через 10-12 дней.

Пример 7.

То же, что в примере 2, но для очистки используют детали, покрытые лаком. В этом случае начало обрастания детали мицелием начинается через 29-32 ч, а очистка детали от лаковых загрязнений наблюдается через 10-12 суток.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет очистить от загрязнений (нагаров, лаковых отложений и др.) детали, не используя моющие средства, включающие поверхностно активные вещества, растворители и другие ядовитые соединения, сильно загрязняющие внешнюю среду. Кроме того, микробиологический способ очистки не вызывает коррозию авиадеталей и не является вредным для здоровья персонала. Экономические расчеты показывают, что предлагаемый способ является экономически более выгодным и стоимость очистки детали, особенно имеющей внутренние труднодоступные загрязненные поверхности, снижается в 1,5-2 раза. Достоинством предлагаемого способа является и то, что не требуются специальные отстойники, значительно снижается расход воды и процесс очистки не требует подогрева до 50-60^oC.

Источники информации
1. Аксенов А.Ф. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости. 1965. М: Транспорт. 269 с. (прототип).

2. Некрасов А.Н. Авиационные гидравлические системы. 1979. М: Машиностроение. 240 с.

3. Очистка топливных коллекторов и форсунок камеры сгорания моющей жидкостью в условиях эксплуатации. Методика N МТ-0143-81. 1992. Казанский завод (прототип).

4. Панок К.К., Саранчук Л.И. Нагарообразование и термическая стабильность авиацианных масел. 1946. М: Ред. Изд-во Аэрофлота. 146 с.

5. Тезисы докладов II Всесоюзной конференции по биоповреждениям. Биоповреждения. ч. 1. 1981. Горький: Наука. 135 с.

6. Пастернак Н. И. , Брысин В.Г. Аллергенность плесневых грибов. 1965. Ташкент: Медицина. 65 с.

Формула изобретения

1. Биотехнологический способ очистки деталей техники от загрязнений, отличающийся тем, что деталь помещают в среду для поверхностного или глубинного культивирования, инокулированную штаммами грибов Aspergillus и/или Penicillium, с последующей инкубацией в течение 5 - 12 дней и оценкой степени очистки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при поверхностном культивировании поверхность детали покрывают сусло-агаром и после его застывания наносят водную суспензию спор гриба.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при глубинном культивировании деталь помещают в жидкую среду, содержащую двухсуточный мицелий гриба.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень очистки оценивают при помощи сканирующего микроскопа.