Введение

Бурное развитие техники, освоение необжитых территорий, активное градостроительство, создание новых материалов сделали проблему биоповреждений одной из наиболее актуальных и научно-практических проблем. Человек издавна боролся с обрастанием судов, с насекомыми, с разрушающими деревья грибами, однако все это составляло лишь ничтожную долю тех потерь, с которыми он столкнулся в наши дни, и тех усилий, которые он вынужден тратить на защиту от биоповреждений. Бактерии, грибы, лишайники, водоросли, высшие растения, простейшие, кишечнополостные, черви, мшанки, моллюски, членистоногие, иглокожие, рыбы, птицы, млекопитающие – таков перечень групп, представители которых выступают в роли биоповреждающих агентов, нанося огромный ущерб хозяйству человека.

Мишенью биоповреждающего действия стали кирпичные и каменные здания, строительные сооружения, древесина и разнообразные изделия из нее, металл и металлические изделия, бумага, документы, фото архивы, библиотечные фонды, музейные ценности, краски, клеи, кожи, шерсть, одежда, обувь, стекло, силикаты, оптика, разнообразные пластмассы, полимеры, резины, радиоаппаратура и электрооборудование, дорожные покрытия, транспорт и многое другое. В одних случаях живые организмы разрушают материалы и изделия, в других – ухудшают их технологические характеристики и свойства, в третьих – затрудняют нормальную работу. Только учтенные потери от биоповреж­дений составляют 5–7% стоимости мировой промышленной продукции, и они имеют тен­денцию к росту.

Вышеизложенное свидетельствует об острой необходимости разработки наиболее эффективных методов оценки биостойкости материалов и изделий, а также способов их защиты от биоповреждений.

Проблемы защиты от биоповреждений требуют комплексного решения, так как создаваемые методы должны быть не только эффективными для борьбы с разрушающими микроорганизмами, но и рациональными с экономической точки зрения.

Целью данной курсовой работы является ознакомление с понятием «биоповреждение», его видами и механизмами возникновения, подробное изучение методов анализа бактериостойкости материалов и изделий, а также способов их защиты от биоповреждений с последующим применением знаний на практике.

Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:

1собраны литературные сведения в соответствии с темой курсовой работы с последующим осмыслением и систематизацией;

2 проведены экспериментальные исследования с целью оценки биостойкости материалов различными методами и определения защитного действия биоцидных веществ на материалы и изделия;

3 проведена оценка результатов исследований и дана их характеристика.

1 Основная часть

1. Биоповреждения материалов и изделий и их вид

1.1.1 Виды бактериальных биоповреждений и их характеристика

Воздействие живых организмов на промышленное сырье, материалы и изделия может существенно изменить их потребительские свойства, снизить качество, а в ряде случаев привести к полному их разрушению.

Свойства сырья, материалов и изделий, в том числе и потребительские, могут изменяться при хранении, эксплуатации, иногда и при производстве под воздействием физико-химических, механических и биологических факторов, вызывающих соответствующие повреждения (физико-химические, механические, биологические).

Эти повреждения возникают параллельно или последовательно, усиливая друг друга.

Нет сомнений в том, что при любых нарушениях режимов хранения, тем более при аварийных ситуациях происходит биологическое повреждение.

Согласно нормативным документам, понятие биоповреждение определяется как повреждение материалов, сырья и изделий под воздействием биологического фактора [1].

Повреждать материалы способны разнообразные организмы – бактерии и грибы, лишайники, водоросли и высшие растения, простейшие и кишечнополостные, черви, моллюски и членистоногие, рыбы, птицы и млекопитающие. Однако наиболее активные возбудители повреждений – мицелиальные грибы и бактерии, на долю которых приходится до 20 % от общего числа повреждений.

Среди биоповреждений следует выделять:

1 собственно биоповреждения;

2 биобрастания;

3 биозасорения;

4 биокоррозия.

1 Собственно биоповреждения материалов при всем многообразии живых организмов и способов их воздействия сводятся к химическим и механическим изменениям.

Бактерии в данном случае оказывают на материалы прежде всего химическое воздействие, а насекомые и животные наносят, как правило, механические повреждения.

Таким образом, собственно повреждения материалов живыми организмами можно свести к двум типам:

1) использование материала в качестве источника питания (ассимиляция);

2) воздействие на материал, которое не связано с процессом питания и приводит к механическому или химическому разрушению материала (деструкция).

Виды материалов, способных подвергаться бактериальным биоповреждениям представлены в таблице 1:

Таблица 1

Материалы	Тип повреждения
	Ассимиляция	Деструкция
Неорганические: металлы силикаты	отсутствует отсутствует	присутствует присутствует в редких случаях
Органические химические: полимеры синтетические волокна	присутствует присутствует	присутствует присутствует
Органические природные: древесина бумага	присутствует в редких случаях присутствует в редких случаях	присутствует в редких случаях присутствует в редких случаях
Текстильные волокна	присутствует	присутствует
Кожа, мех (готовые)	присутствует в редких случаях	присутствует в редких случаях
Кожевенное сырье	присутствует	присутствует

2 Биобрастание – это обрастание поверхности сырья, материалов и изделий, которое может осуществляться под химическим воздействием или без него. Биообрастание представляет со­бой достаточно сложный процесс, который происходит при участии не какой-то одной оп­ределенной группы микроорганизмов, а в ре­зультате жизнедеятельности различных групп и популяций.

3 Биологическое засорение объекта (биозасорение) – состояние объекта, связанное с присутствием биофактора, после удаления которого восстанавливаются функциональные свойства объекта.

4 Биокоррозия – коррозия металлов, вызываемая микроорганизмами, а также продуктами их жизнедеятельности, в частности промежуточными и конечными продуктами биохимимических реакций (органические кислоты, аммиак, сероводород и др.). В атмосферных условиях биокоррозия поверхностей металлов, покрытых лаками, красками или контактирующих с резиной, пластмассами, кожей, нефтепродуктами и т. д., вызывают плесневые грибки и бактерии, в подземных условиях - чаще всего сульфат-восстанавливающие бактерии, в морских – различные морские бактерии и организмы. Для предупреждения биокоррозии поверхностей и уничтожения вызывающих её организмов применяют обработку фунгицидами.

В результате воздействия микроорганизмов на сырье, материалы и изделия в них возникают дефекты.

По степеням значимости различают дефекты критические, значительные и малозначительные.

Критические дефекты – несоответствие изделий установленным требованиям, которые могут нанести вред здоровью или имуществу потребителей или окружающей среде.

Значительные дефекты – дефекты, которые влияют на свойства материалов, но не влияют на безопасность для потребителя или окружающей среды.

Малозначительные дефекты – дефекты, не оказывающие влияния на свойства изделий, в первую очередь, на назначение, надежность и безопасность. К ним, в частности, относится биозасорение.

В зависимости от наличия методов и средств обнаружения дефекты подразделяются на явные, для которых предусмотрены методы и средства обнаружения, и скрытые, для которых возможно применение специальных методов и средств обнаружения.

Для биоповреждений характерны именно скрытые дефекты, для обнаружения которых необходимо специальное оборудование.

В зависимости от наличия методов и средств устранения дефекты делят на устранимые и неустранимые.

Устранимые дефекты – дефекты, после устранения которых товар может быть использован по назначению. Такие дефекты характерны только для биозасорения.

Неустранимые дефекты – дефекты, которые невозможно или экономически невыгодно устранять. Например, при биоповреждении оптики прибор может быть восстановлен только после разборки и дополнительной шлифовки поверхности. В других случаях критические дефекты при биоповреждениях практически неустранимы.

Таким образом, при биоповреждении сырья, материалов и изделий происходит:

– изменение химических свойств в результате окисления или гидролиза компонентов материала: под действием микроорганизмов изменяется кислото- и щелочестойкость, устойчивость к действию окислителей, восстановителей и органических растворителей;

– изменение физико-механических свойств материалов, например, потеря прочности древесины, резины, пластиков, тканей под действием микроорганизмов или продуктов их обмена веществ, набухание резины, потеря адгезии лакокрасочных покрытий;

– изменение оптических свойств, например, цвета, блеска, прозрачности, преломления света;

– ухудшение электрофизических свойств, например, снижение электроизоляционных свойств материалов;

– изменение органолептических свойств, например, появление дурного запаха при гниении, появление слизи на твердых поверхностях.

Сочетание благоприятной кислотности и высокой влажности, а также наличие большого количества органических веществ приводит к заселению поверхности материалов различными видами микроорганизмов, в основном, бактериями, плесневыми грибами и микроскопическими водорослями. Характер вызываемых ими повреждений определяется эксплуатационными условиями, в которых оказывается тот или иной материал или изделие. Бактерии развиваются при наличии жидких сред, т. е. на материалах и изделиях, достаточно увлажненных или погруженных в жидкость. При недостатке влаги бактериальные процессы подавляются.

Воздействие бактерий, главным образом, сказывается на физических свойствах материалов. Так, бактерии изменяют углеводородный состав топлива и смазочно-охлаждающих жидкостей. Сульфатвосстанавливающие бактерии вызывают биокоррозию нефтепромышленного оборудования. Вода, закачиваемая в нефтяные пласты, растворяет в породах сульфаты, а сульфатвосстанавливающие бактерии восстанавливают их до сероводорода. Сероводород ухудшает качество нефти и способствует коррозии металлов нефтедобывающего оборудования.

В грунтах, содержащих сульфаты, бактерии вызывают коррозию стали нефте- и газопроводов. Тионовые бактерии в аэробных условиях могут окислять в грунтах серу или ее восстановленные соединения до серной кислоты, которая в водных растворах поступает в подземные сооружения, вызывая их коррозию. В условиях соприкосновения стальных конструкций с водами, содержащими закисное железо и незначительное количество органических веществ, железо быстро окисляется железобактериями. В нефтяной промышленности более 77 % коррозионных потерь оборудования происходит в результате биокоррозии [2].