Työstönesteiden pilaantumisen syyt

Lastuamisnesteet pilaantuvat. Sitten alkavat ongelmat joko teknisesti tai työterveyden osalta, tai usein molemmat samanaikaisesti. Miksi nesteet sitten oikein pilaantuvat?

Vedellä laimennettavat työstö- eli lastuamisesteet ovat monimutkainen yhdistelmä erilaisia aineita. Usein eri yhdisteitä on jopa 20 erilaista, joita kaikkia tarvitaan nesteen oikean ja hyvän toiminnan varmistamiseksi. Koska yhdisteitä on paljon, on myös pilaantumismekanismeja paljon. 

Alla neljä tärkeintä esimerkkiä.

Bakteerit ja muut mikrobit: 

Työstönesteet koostuvat yleensä orgaanisista yhdisteistä, jotka toimivat ravintona mikrobeille, sekä vedestä. Samalla niiden käyttölämpötila on noin 20 astetta. Yhdessä nämä tarkoittavat,että bakteereilla ja muilla mikrobeilla, kuten hiivoilla ja homeilla, on erinomaiset edellytykset kasvaa ja lisääntyä työstönesteissä.

Mikrobit käyttävät nesteen yhdisteitä ravinnoksi. Toisin sanoen rikkoo nesteen komponentit syömällä ne. Samalla ne tuottavat erilaisia yhdisteitä, kuten happoja, mitkä aiheuttavat lisäongelmia nesteissä.

Suurin osa bakteereista on niin sanottuja aerobisia, eli happea käyttäviä bakteereja. Jos nesteissä on bakteereja, ne lisääntyvät nopeasti ja lukumäärät ovat usein jopa 10 miljoonaa bakteeria per millilitra nestettä. Tuhannen litran säiliössä näitä nesteensyöjiä on siis tällöin kymmenen tuhatta miljardia. Ei ihme, että ominaisuudet kärsivät.

Samalla suurin osa näistä bakteereista on ns. gram-negatiivisia. Näiden bakteerien solukalvot ovat ns. endotoksiineja, jotka taas ovat suuri työterveysongelma, koska ne aiheuttavat erilaisia tulehdustiloja elimistössä.

Merkittävimmät työperäiset riskit liittyvät lastuamisnesteen mikrobeihin ja endotoksiineihin sekä työstössä nesteeseen joutuneisiin raskasmetalleihin ja muihin epäpuhtauksiin. (Työterveyslaitos, KAMAT-tietokortti)

Jos nesteet alkavat haista, on yleensä säiliöön pesiytynyt anaerobisia bakteereja, eli sellaisia, jotka eivät käytä happea aineenvaihdunnassa. Tarkalleenottaen nesteissä on näitä lähes aina, mutta ne pysyvät toimimattomina niin pitkään, kun nesteissä on happea. Nämä bakteerit syövät myös nesteiden ominaisuuksia, mutta samalla aiheuttavat jo aistinvaraisesti ongelmia, kuten edellä mainuttuja hajuja.

Usein mekanismi pilaantumisessa onkin se, että ensin kasvaa huomattava määrä aerobisia bakteereja, jotka syövät nesteestä pois hapen ja mahdollistavat anaerobisten mikrobien kasvun, jolloin nesteet alkavat haista ja ovat usein jo heikossa kunnossa. Onneksi tämäkin tilanne on yleensä ennaltaehkäistävissä pitämällä neste kattavasti kunnossa ja reagoimalla ongelmiin riittävän nopeasti.

Vuotoöljyt

Nesteisiin päätyy lähes poikkeuksetta vähintään johdeöljyä, mutta usein myös hydrauliikka-, kara- ja korroosionestoon käytettäviä öljyjä. Näiden vaikutukset riippuvat paljon nestetyypistä, mutta yleisimmät ongelmat ovat pinnalle kertyvien öljyjen aiheuttama happikato nesteissä (kts. edellisen kohdan anaerobiset bakteerit), emulgoituminen nesteeseen, lisäaineiden toiminta mikrobien ateriana. Lisäksi vaikutukset pH-arvoon, eli nesteen happamuuteen, ovat merkittävät. 

Riippumatta nestetyypistä tai vaikutusmekanismista, vuotoöljyt on tärkeää saada nopeasti ja tehokkaasti pois, jotta nesteet voivat toimia oikein ja pitkään.

pH-arvo

pH-arvo on tärkeä mittari nesteiden toiminnan kannalta. Suuri osa nesteiden sisältämien yhdisteiden toiminnoista on pH-riippuvaisia, eli ne toimivat oikein vain tietyssä, usein tarkasti määritellyllä, pH-arvolla. pH-arvo tarkoittaa karkeasti sitä, kuinka hapanta tai emäksistä neste on.

Suurin osa työstönesteistä toimii pH-arvon 9.0 läheisyydessä, tai sen yli. Sille, miksi kirjoitin myös ensimmäisen desimaalin, on syynsä. Kuten mainittu, pH-arvon tulee yleensä pysyä tarkoissa rajoissa, ja tarkka tarkoittaa tässä tapauksessa yllättävänkin tarkkaa. Jos normaali pH on 9.0, niin arvossa 8.7 tarvitaan jo merkittäviä toimenpiteitä.

Monissa nesteissä on niin sanottuja puskuriaineita, mikä tarkoittaa, että pH-arvo ei lähde laskuun ensimmäisestä pisarasta happoa. Käänteisesti tämä tarkoittaa sitä, että, kun pH lähtee laskuun, on puskurit jo syöty ja tippuminen on usein nopeaa. Lisäksi laskeva pH aiheuttaa usein kierteen: pH laskee -> bakteerikasvu nopeutuu -> mikrobit happamoittavat nestettä nopeammin -> bakteerit kasvavat vieläkin nopeammin.

pH-arvon laskuun varautumiseen on useita keinoja, joilla pystytään ennaltaehkäisemään ja korjaamaan ongelmia. Puskuriaineiden mekanismista johtuen, näiden tehokas käyttö ja varsinkin ennaltaehkäisy vaatii tarkkoja, mielellään reaaliaikaisia mittauksia. Usein näkyy vieläkin käytössä ns. pH-liuskoja, joiden tarkkuus on auttamatta liian huono, koska niiden erottelukyky parhaimmillaankin on luokkaa 0.3 yksikköä.

Sähköisesti varautuneet hiukkaset

Varautuneet atomit ja molekyylit, eli ionit, aiheuttavat usein harmaita hiuksia nesteiden kanssa, kun nesteeen käyttöikä alkaa olla vähänkään pidempi. Varautuneita hiukkasia kertyy nesteeseen pääosin metallien mukana ja vesijohtovedestä. Koska ioneilla on varaus ja monilla työstönesteiden komponenteilla on varaus, ne reagoivat tehokkaasti keskenään. Yksinkertaistaen: plus ja miinus vetävät toisiaan puoleensa ja yhdistyvät, minkä jälkeen kyseessä on eri yhdiste.

Monet työstönesteiden komponentit ovat sähköisesti varautuneita, mikä tarkoittaa, että nesteessä kiertävät (metalli-)ionit kiinnittyvät mielellään niihin ja muodostavat uusia yhdisteitä. Käytännössä tämä tarkoittaa, että yhdiste ei enää toimi siten, kuin sen pitäisi ja esimerkiksi öljypisaran halkaisija kasvaa moninkertaiseksi, ja se erottuu nesteestä.

Ionien kertymistä nesteeseen pystytään vähentämään huomattavasti tehokkailla nesteiden suodatusmenetelmillä ja vähentämällä tarvittaessa veden kovuutta.

Voiko näille sitten tehdä jotain?

Onneksi kyllä. Tärkein asia ongelmien korjaamisessa ja erityisesti ennaltaehkäisyssä on se, että tilannekuva on oikea. Käytännössä siis se, että nesteiden kuntoa mitataan riittävän säännöllisesti ja kattavasti.

Kerran viikossa tehty mittaus on huomattavasti parempi kuin ei mitään, mutta mitä tiheämmin, sitä parempi pätee myös tässä, koska muutokset ovat usein nopeita. Varsinkin ongelmien ennaltaehkäisy vaatii nopeaa reagointia, mikä on suositeltavaa jo siitä syystä, että ongelmien korjaaminen on huomattavasti vaikeampaa, kuin niiden ennaltaehkäisy.

Yleisesti ongelmien korjaaminen kannattaa aloittaa seuraavasti:

• Huolehdi, että nesteen pitoisuus pysyy mahdollisimman hyvin suositelluissa arvoissa, sillä se auttaa ehkäisemään monia ongelmia.
• Säädä nesteen pH-arvoa mittausten perusteella. Reagoi muutoksiin nopeasti, koska silloin riittää pienemmät korjaustoimenpiteet.
  
• Puhdista nesteet niin lastuista kuin mikrometrikokoluokan partikkeleista mahdollisimman nopeasti. Ioniongelmat ovat verrannollisia partikkelien pinta-alaan ja aikaan, eikä niinkään massaan. Suuremmat lastut ja epäpuhtaudet kertyvät säiliöön, jolloin ne edistävät mikrobikasvustoa luomalla hapettomia olosuhteita (ns. dead spots).
• Vuotoöljyt (ja muut pintaan nousevat yhdisteet, joita käsitellään tarkemmin tulevissa kirjoituksissa) on tärkeää saada mahdollisimman nopeasti pois. Käytä tehokkaita ja luotettavia menetelmiä.
• Mittaa ja varmista, että vesi ei ole liian kovaa. Jos tarvetta, puhdista lisättävä vesi ioneista, bakteereista ja muista epäpuhtauksista.
• Kierrätä nestettä jatkuvasti, jotta neste hapettuu.
• Mittaa, mittaa ja mittaa. Kirjaa tulokset ja reagoi ajoissa.

Tärkeää on myös seurata mittaustulosten kehittymistä ja ymmärtää miten muutokset vaikuttavat työstönesteeseen. Analyysin perusteella voidaan määrittää oikeat toimenpiteet, joilla nesteiden turvallinen elinikä voidaan maksimoida.