Способ и устройство для контроля и ограничения загрязнения микроорганизмами в контурах увлажняющих средств
Изобретение относится к технологии уменьшения загрязнения микроорганизмами контуров с водными средами. Способ и устройство для уменьшения загрязнения микроорганизмами контуров с водными средами включает в себя стадию электрохимической обработки водной среды, причем упомянутый контур представляет собой контур увлажняющего средства, при этом упомянутую электрохимическую обработку осуществляют путем приложения напряжения к по меньшей мере двум электродам, при этом упомянутое напряжение является переменным напряжением с диапазоном от 5 до 50 Вольт. Изобретение позволяет уменьшить число микроорганизмов при уже имеющемся загрязнении, а также предотвратить их новообразование. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для контроля и ограничения загрязнения микроорганизмами в контурах увлажняющих средств и других водных сред, в частности в области печати.
Увлажняющее средство (увлажняющий раствор) используют для того, чтобы поддерживать гидрофильными гидрофильные области печатных пластин на участках, которые не должны принимать печатной краски.
Увлажняющий раствор с помощью увлажняющего аппарата непосредственно или опосредованно наносят на печатную пластину, при этом печатная краска захватывает ограниченное количество увлажняющего средства и образует эмульсию. Увлажняющий раствор содержит компоненты, которые поддерживают гидрофильными непечатающие участки печатной пластины, благодаря чему предотвращается принятие печатной краски в этой области.
Это находит применение, в частности, в способах плоской печати, при которых печатающие и непечатающие участки печатной формы лежат почти в одной плоскости. Эти способы печати основываются на противоположных физико-химических свойствах определенных веществ в покрытии печатной пластины, которые являются принимающими краску или отталкивающими краску.
В офсетной печати имеется тонкая печатная пластина (например, из алюминия), на поверхности которой находятся принимающие печатную краску (липофильные) участки изображения и пробельные (гидрофильные) участки.
Печатная машина расходует по порядку величины между 10 и 150 литрами увлажняющего раствора в час. При этом увлажняющий раствор обычно используют слегка охлажденным.
Увлажняющее средство обычно содержит, помимо воды, регулирующие рН вещества (буферы), консерванты (например, биоциды), ингибиторы коррозии, компоненты для защиты пластин, а также, в случае необходимости, смачиватели. Эти компоненты обычно находятся в концентрате увлажняющего средства и затем разбавляются водой до заданной концентрации. Готовое к употреблению увлажняющее средство вводят в замкнутый контур. Отдельные увлажняющие аппараты печатной машины связаны через циркуляционный трубопровод с установкой снабжения увлажняющим средством.
По подающему трубопроводу увлажняющее средство подают к увлажняющему аппарату. По рециркуляционному трубопроводу избыточное загрязненное частицами краски и бумаги увлажняющее средство течет назад в установку переработки. В зависимости от конструкции установки возвращающееся увлажняющее средство очищают от загрязняющих частиц с помощью фильтровального материала или фильтровальных мешков из синтетических волокон перед тем, как оно попадает в приемный резервуар установки. В этих аппаратах переработки увлажняющего средства обычно также находится охлаждающее устройство, с помощью которого температуру увлажняющего средства постоянно поддерживают на заданном значении, которое обычно находится в диапазоне от 9 до 15°С.
Во время процесса печатания увлажняющее средство постоянно расходуется и пополняется путем добавления свежего увлажняющего средства. Несмотря на охлаждение и фильтрацию, все снова и снова приходит к тому, что сильно повышается нагрузка микроорганизмами в контуре увлажняющего средства. Загрязняющие частицы из процесса печатания, в особенности целлюлоза из бумажного покровного слоя, но также и используемые буферы обеспечивают благоприятные условия роста для микроорганизмов.
Происходит образование биопленок в трубопроводах, фильтрах, увлажняющих аппаратах и в резервуарах установки снабжения увлажняющим средством. При возрастающем загрязнении микроорганизмами буферные вещества разрушаются, и значение рН повышается, что влечет за собой негативные последствия в процессе печатания, например ухудшенное поведение при пуске, повышенный расход воды и нестабильное равновесие краска-вода.
Загрязнение микроорганизмами в контуре увлажняющего средства удается лишь в недостаточной степени предотвратить путем добавки биоцидов; микроорганизмы ингибируются биоцидами только в отношении роста, но не умерщвляются. Выбор и концентрация этих продуктов ограничены из-за опасности для здоровья работающего на печатных машинах персонала.
При чрезмерном загрязнении микроорганизмами контура увлажняющего средства нужно очищать и промывать сильнощелочными растворами (например, в сочетании с пероксидом водорода, гипохлоридом или другими высокоэффективными бактерицидами) всю систему в течение 5-8 часов. Такие циклы очистки обычно требуются каждые один-два месяца.
Проблема загрязнения микроорганизмами в контурах увлажняющего средства тем острее, чем большими являются печатные машины и, в связи с этим, циркуляционные системы трубопроводов. В общем, циркулируемый с высокой проточной скоростью в контуре объем увлажняющего средства часто находится в случае газетных печатных машин в диапазоне от 200 до 500 литров, которые нужно транспортировать на большие расстояния. Газетные машины являются особенно подверженными загрязнению микроорганизмами, так как в этом случае трубопроводы имеют больший диаметр и поэтому никогда полностью не заполняются увлажняющим средством. К тому же добавляется еще более увеличенное попадание бумажной пыли, которая большей частью состоит из целлюлозы.
Свободноживущие в растворе бактерии относительно легко уязвимы и контролируемы за счет биоцидов или антибиотиков. Но если уже образовались биопленки, они являются существенно более устойчивыми. В биопленках бактерии прилипают друг к другу или к подложке, при этом они окружены внеклеточными веществами, которые состоят, главным образом, из полисахаридов и белков. Этот слизевый слой очень эффективно защищает бактерии от внешних воздействий. С помощью имеющихся в продаже обычных биоцидов не удается надежно бороться с биопленками в системах трубопроводов увлажняющего раствора печатных машин. Если налеты микроорганизмов в увлажняющей системе уже образовались, они очень быстро растут дальше и могут ощутимо мешать полиграфическому производству. Отслоившиеся биопленки и агломераты могут быть вымыты в увлажняющие аппараты, где они забивают фильтры, сопла и вентили. В системе переработки увлажняющего средства увеличенный рост микроорганизмов становится ощутимым за счет тухлого запаха в резервуарах для увлажняющего средства. На фильтровальных холстах рециркуляционной линии и стенках резервуара для увлажняющего средства образуется слой слизи.
Поэтому задачей настоящего изобретения являлась разработка способа и устройства, с помощью которых можно противодействовать загрязнению микроорганизмами контуров увлажняющего средства.
Эта задача решается с помощью способа, включающего в себя стадию электрохимической обработки увлажняющего средства. Согласно изобретению это можно осуществлять путем приложения напряжения между по меньшей мере двумя электродами в контуре увлажняющего средства.
Этот способ служит снижению роста микроорганизмов в контуре увлажняющего средства. Таким образом может как ингибироваться или предотвращаться новообразование, так и достигаться снижение числа микроорганизмов при уже имеющемся загрязнении микроорганизмами.
Во-первых, при этом можно использовать постоянное напряжение, так что упомянутые по меньшей два электрода образуют анод и катод. В предпочтительном варианте реализации изобретения резервуар установки переработки увлажняющего средства, который обычно выполнен из высококачественной стали, используют в качестве катода.
Альтернативно и предпочтительно, напряжение также может быть переменным напряжением. Изменение полярности (переполюсовка) исключает возникновение продуктов расщепления при электролизе, а также образование налетов на поверхностях электродов. Особенно пригодным в качестве переменного напряжения является напряжение прямоугольной формы. Частота переменного напряжения предпочтительно находится в диапазоне от 0,01 до 108 Гц, более предпочтительно - в диапазоне от 0,01 до 20000 Гц, а наиболее предпочтительно - от 0,05 до 10 Гц или от 1 до 10 Гц.
При использовании как постоянного напряжения, так и переменного напряжения, напряжение преимущественно находится в диапазоне от 2 до 50 Вольт, предпочтительно - от 5 до 50 Вольт, более предпочтительно - от 5 до 25 Вольт, а наиболее предпочтительно - от 5 до 20 Вольт. Так как очень высокие напряжения представляют опасность для обслуживающего персонала, предпочтительны более низкие величины напряжения.
Упомянутые по меньшей мере два электрода могут быть установлены в любом подходящем месте контура увлажняющего средства, например в подводе увлажняющего средства, в системе циркуляции, например, встроенными в систему трубопроводов или в резервуар для увлажняющего средства. Электрохимическую обработку увлажняющего средства с помощью электродов также можно осуществлять от внешнего прибора. При этом в байпасе обрабатывают часть увлажняющего средства в этом приборе и затем снова возвращают в контур. В принципе, также можно использовать более чем два электрода или две или более пар электродов, которые расположены в различных местах.
Пригодные материалы для электродов могут быть выбраны из металлов, полупроводников, электропроводящей керамики, графита или электропроводящих пластмасс. Особенно предпочтительными материалами для электродов являются титан, титановые сплавы или титан с нанесенным покрытием. Особенно предпочтительны покрытия с платиной, иридием, индием, оксидом рутения, оксидом индия, оксидом иридия или их смесями.
Предполагается, что при такой обработке образуются радикалы кислорода, которые намного сильнее действуют на биопленки, чем, например, хлор.
Контроль загрязнения микроорганизмами включает предотвращение роста и умерщвление микроорганизмов.
Наблюдается также осветление увлажняющего средства. Становившееся в ходе работы мутным и окрашенным увлажняющее средство во время обработки становится все более осветленным.
Обработку можно осуществлять непрерывно. Однако ее также можно прерывать по дням или по часам. В частности, функционирование может регулироваться в зависимости от роста микроорганизмов.
Объектом изобретения является также устройство для осуществления способа, которое включает в себя систему увлажняющего средства с по меньшей мере двумя электродами и источник напряжения. Система увлажняющего средства включает в себя увлажняющие аппараты, циркуляционные трубопроводы и установку снабжения увлажняющим средством. Эта установка снабжения увлажняющим средством включает в себя устройство переработки увлажняющего средства, охлаждающее устройство, дозатор и резервуар для увлажняющего средства. Устройство переработки увлажняющего средства включает в себя насосы для циркуляции и фильтровальные устройства.
На фиг. 1 схематически представлен вариант реализации устройства электрохимической обработки.
На фиг. 2 представлен альтернативный вариант реализации устройства электрохимической обработки.
Принцип действия системы подробнее пояснен нижеследующим примером. Конструкция установки является следующей.
Необходимый для этой установки ток подается через трансформатор с первичным входным напряжением из сети 230-240 В и выходами переменного тока на 25 В, 12 В и 6 В. Трансформатор имеет мощность в 100 Вт.
С выхода переменного тока на 25 В посредством мостового выпрямителя и последующей фильтрации электролитическим конденсатором на 2200 мкФ получают постоянное напряжение 28 В.
Для того чтобы защитить установку от перегрузок и коротких замыканий, выходной ток ограничивают с помощью управляемого регулятора напряжения, который подключен последовательно, величиной 1,5 А. При перегрузке регулятор напряжения нагревается и автоматически регулирует ток в сторону понижения.
С выхода переменного тока на 12 В посредством мостового выпрямителя получают постоянное напряжение 14 В и стабилизируют его за счет встроенного регулятора напряжения на 10 В. Фильтрацию осуществляют с помощью электролитического конденсатора на 1000 мкФ.
Этим стабилизированным на 10 В постоянным напряжением запитывают генератор прямоугольных импульсов.
Элементы конструкции в генераторе прямоугольных импульсов настроены так, что соотношение паузы и импульса составляет 1:1. Генератор прямоугольных импульсов является регулируемым через потенциометр в диапазоне от 0,05 до 10 Гц.
На выходе из генератора прямоугольных импульсов подключено реле. Посредством двух переключающих контактов непрерывно изменяют полярность постоянного напряжения 28 В (пункт 2) в зависимости от частоты генератора прямоугольных импульсов, за счет чего получают переменное напряжение прямоугольной формы.
Выход реле соединен с погружным электродом. Он состоит из двух титановых листов с размерами 300 мм × 30 мм и толщиной 3 мм. Электрические клеммы для защиты залиты эпоксидной смолой. Электродные пластины находятся на расстоянии 10 мм друг от друга.
С выхода переменного тока на 6 В посредством мостового выпрямителя получают постоянное напряжение 8 В и с помощью встроенного регулятора напряжения стабилизируют его на 5 В. Фильтрацию осуществляют с помощью электролитического конденсатора на 1000 мкФ.
Стабилизированным на 5 В постоянным напряжением запитывают цифровой дисплей для измерения тока.
Ток измеряют по падению напряжения на сопротивлении 1 Ом, которое включено последовательно между ограничителем тока и реле. Диапазон измерения составляет от 0 до 1,999 мА.
В контрольном опыте было определено, что при включении прибора сила тока сначала сильно увеличивается, а затем, спустя 1-2 часа, падает и стабилизируется. Сила тока очень сильно зависит от электропроводности увлажняющего средства. Предпочтительно, сила тока составляет по порядку величины от 0,1 до 2 А, предпочтительнее - от 0,1 до 0,6 А.
Спустя от двух до четырех дней из трубопроводов и системы циркуляции усиленно отслаивались биопленки и другие агломераты слизи, причем они вымывались и накапливались в сливе на фильтровальном холсте. Далее можно было наблюдать, как со дня на день осветляется увлажняющий раствор.
Нагрузку микроорганизмами исследовали с помощью так называемых DIP-предметных стекол. Для этого использовали предметные стекла «Envirocheck Contact» фирмы MERCK, Дармштадт, Германия. При этом речь идет о покрытых агаром пластинках (казеиновый пептон - пептон соевой муки - агар). Обратная сторона DIP-предметных стекол содержит такое же покрытие с добавкой нейтрализатора, с помощью которого нейтрализуется действие биоцидов в увлажняющем средстве. DIP-предметные стекла инкубировали в течение трех дней при 36°С и затем количественно оценивали результаты.
Количество образовавшихся колоний (колониеобразующие единицы) служит мерой нагрузки микроорганизмами увлажняющего средства (КОЕ/мл). Исследовали как мазки фильтра, так и мазки увлажняющего средства. Дальнейшие исследования проводили спустя 24 или 48 часов после начала электрохимической обработки воды.
| DIP-предметные стекла | без электрохимической обработки воды | с электрохимической обработкой воды | ||
| спустя 24 ч | спустя 48 ч | |||
| Сторона 1, КОЕ/мл | Фильтр | 106-107 | 105 | 103-104 |
| Увлажняющее средство | 106 | 103-104 | 102 | |
| Сторона 2, КОЕ/мл, с нейтрализатором | Фильтр | > 107 | 105-106 | 104 |
| Увлажняющее средство | 106-107 | 104 | 102-103 |
Как видно, нагрузка микроорганизмами спустя 24 часа после обработки согласно изобретению уменьшается на несколько десятичных порядков и, таким образом, достигает значения, которое является некритическим в контуре увлажняющего раствора. Способ согласно изобретению не оказывает никаких воздействий на процесс печатания и на свойства увлажняющего раствора, такие как, например, значение рН и электропроводность.
Способ согласно изобретению подходит не только для увлажняющих средств, он также подходит для контуров печатания и очистки при флексографской печати.
Особенно предпочтительным является применение способа согласно изобретению в водных контурах, в которых имеет место попадание органических веществ, так как они способствуют росту микроорганизмов.
«Водная среда» означает, что содержание воды составляет по меньшей мере 50 мас.%, предпочтительно - по меньшей мере 70 мас.%.
Другим вариантом реализации изобретения является способ уменьшения загрязнения микроорганизмами в водных средах в области печати, включающий в себя стадию электрохимической обработки водной среды, а также способ уменьшения загрязнения микроорганизмами в ультрафильтрационных установках и осмотических установках, включающий в себя стадию электрохимической обработки водной среды.
В случае этих способов находят применение такие же самые дополнительные варианты реализации, которые описаны для способа ограничения загрязнения микроорганизмами в контурах увлажняющих средств.
Эти дополнительные способы пригодны, в частности, для осуществления в области печати.
Область печати включает работы в связи со способами высокой печати, в частности флексографской печати, глубокой печати, плоской печати, в частности офсетной печати, трафаретной печати, при использовании печатных машин, с помощью которых автоматизированно наносят печатные краски и печатные лаки на материал для печатания (бумагу, картон, картонную бумагу, пластик, металлический лист и т.д.).
1. Способ уменьшения загрязнения микроорганизмами контуров с водными средами, включающий в себя стадию электрохимической обработки водной среды, причем упомянутый контур представляет собой контур увлажняющего средства, при этом упомянутую электрохимическую обработку осуществляют путем приложения напряжения к по меньшей мере двум электродам, и при этом упомянутое напряжение является переменным напряжением с диапазоном от 5 до 50 В.
2. Способ по п.1, в котором упомянутым переменным напряжением является напряжение прямоугольной формы, напряжение синусоидальной формы или напряжение треугольной формы.
3. Способ по п.1, в котором частота упомянутого переменного напряжения находится в диапазоне от 0,01 до 108 Гц.
4. Способ по п.1, в котором упомянутые по меньшей мере два электрода предусмотрены в подводе увлажняющего средства, в системе циркуляции или в байпасе.
5. Способ по п.1, в котором материал для упомянутых по меньшей мере двух электродов независимо выбирают из металлов, полупроводников, электропроводящей керамики, графита или электропроводящих пластмасс.
6. Способ по п.1, в котором материал для упомянутых по меньшей мере двух электродов независимо выбирают из титана, титановых сплавов или титана с покрытием.
7. Способ по п.6, где упомянутое покрытие титана осуществлено платиной, иридием, индием, оксидом рутения, оксидом индия, оксидом иридия или их смесями.
8. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-7, включающее в себя систему циркуляции, по меньшей мере два электрода и источник электропитания, причем упомянутая система циркуляции представляет собой контур увлажняющего средства, а упомянутый источник электропитания представляет собой источник переменного напряжения.
9. Способ уменьшения загрязнения микроорганизмами водных сред в области печати, включающий в себя стадию электрохимической обработки водной среды, при этом упомянутую электрохимическую обработку осуществляют путем приложения напряжения к по меньшей мере двум электродам, и при этом упомянутое напряжение является переменным напряжением с диапазоном от 5 до 50 В.
10. Способ по п.9, в котором упомянутым переменным напряжением является напряжение прямоугольной формы, напряжение синусоидальной формы или напряжение треугольной формы.
11. Способ по п.9, в котором частота упомянутого переменного напряжения находится в диапазоне от 0,01 до 108 Гц.
12. Способ по п.9, в котором упомянутые по меньшей мере два электрода предусмотрены в подводе увлажняющего средства, в системе циркуляции или в байпасе.
13. Способ по п.9, в котором материал для упомянутых по меньшей мере двух электродов независимо выбирают из металлов, полупроводников, электропроводящей керамики, графита или электропроводящих пластмасс.
14. Способ по п.9, в котором материал для упомянутых по меньшей мере двух электродов независимо выбирают из титана, титановых сплавов или титана с покрытием.
15. Способ по п.14, в котором упомянутое покрытие титана осуществлено платиной, иридием, индием, оксидом рутения, оксидом индия, оксидом иридия или их смесями.
16. Способ по п.9, в котором упомянутыми водными средами в области печати являются вода в резервуарах-хранилищах автоматических установок промывки офсетных полотен и валиков, вода в резервуарах-хранилищах осмотических установок и водные растворы в установках проявления копий.
17. Способ уменьшения загрязнения микроорганизмами в ультрафильтрационных установках и осмотических установках, используемых в области печати, включающий в себя стадию электрохимической обработки водной среды, при этом упомянутую электрохимическую обработку осуществляют путем приложения напряжения к по меньшей мере двум электродам, и при этом упомянутое напряжение является переменным напряжением с диапазоном от 5 до 50 В.
18. Способ по п.17, в котором упомянутым переменным напряжением является напряжение прямоугольной формы, напряжение синусоидальной формы или напряжение треугольной формы.
19. Способ по п.17, в котором частота упомянутого переменного напряжения находится в диапазоне от 0,01 до 108 Гц.
20. Способ по п.17, в котором упомянутые по меньшей мере два электрода предусмотрены в подводе увлажняющего средства, в системе циркуляции или в байпасе.
21. Способ по п.17, в котором материал для упомянутых по меньшей мере двух электродов независимо выбирают из металлов, полупроводников, электропроводящей керамики, графита или электропроводящих пластмасс.
22. Способ по п.17, в котором материал для упомянутых по меньшей мере двух электродов независимо выбирают из титана, титановых сплавов или титана с покрытием.
23. Способ по п.22, в котором упомянутое покрытие титана осуществлено платиной, иридием, индием, оксидом рутения, оксидом индия, оксидом иридия или их смесями.
24. Способ по п.17, в котором упомянутой водной средой в области печати являются вода в резервуарах-хранилищах автоматических установок промывки офсетных полотен и валиков, вода в резервуарах-хранилищах осмотических установок и водные растворы в установках проявления копий.
