DE102007003748A1

DE102007003748A1 - Verfahren zum Entfernen eines Biofilms in einem wasserführenden System

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Publication number: DE102007003748A1
Application number: DE102007003748A
Authority: DE
Inventors: Lutz Ehrlich; Burkhard Tielke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen eines Biofilms in einem wasserführenden System. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst eine saure Komponente A in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, welche über eine vorgegebene Zeit auf den zu entfernenden Biofilm einwirkt, und dass anschließend eine alkalische Komponente n wird, in einer Menge, die den pH-Wert des Wassers des wasserführenden Systems in den alkalischen Bereich umschlagen lässt, oder dass zunächst eine alkalische Komponente B in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, welche über eine vorgegebene Zeit auf den zu entfernenden Biofilm einwirkt, und dass anschließend eine saure Komponente A in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, in einer Menge, die den pH-Wert des Wassers des wasserführenden Systems in den sauren Bereich umschlagen lässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen eines Biofilms in einem wasserführenden System.
Biologische Verschmutzungen in wasserführenden Systemen sind dem Fachmann in Form so genannter Biofilme hinlänglich bekannt. Derartige biologische Verschmutzungen werden auch als Biofouling bezeichnet. Der Begriff Biofouling wird in Fachkreisen üblicherweise für Biofilme verwendet, wenn diese im wasserführenden System unerwünscht sind. Der Begriff Biofilm wird dagegen sowohl für Biofilme, die unerwünscht sind, als auch für Biofilme, die erwünscht sind, beispielsweise in der biologischen Wasseraufbereitung, verwendet. Darüber hinaus findet auch der Begriff Biomatrix für derartige biologische Verschmutzungen Verwendung.
Nachfolgend wird der Begriff Biofilm nur noch in Sinne einer unerwünschten biologischen Verschmutzung verwendet. Er schließt somit die Begriffe Biofouling und Biomatrix mit ein. Die Zusammensetzung eines Biofilm als auch dessen Bildung und dessen Wachstum sind von einer Vielzahl von Faktoren im wasserführenden System abhängig, beispielsweise von der Temperatur, dem Nährstoffgehalt, der Stagnationsdauer, der Strömungsgeschwindigkeit, der Durchflussmenge, der Totzonen, der Werkstoffe und der Werkstoffoberflächen.
Das Entfernen von Biofilmen in wasserführenden Systemen ist problematisch.
Unter einem wasserführenden System werden alle mit Wasser in Berührung kommenden Teile verstanden, auf denen sich Biofilme befinden. Dies sind beispielsweise Rohrleitungen, Armaturen, Behälter, Pumpen, so genannte Flexschläuche, Ventile etc.
Biofilme verursachen Biokorrosion im wasserführenden System und führen zur Leistungsreduzierung innerhalb des wasserführenden Systems. Die Biokorrosion, also die beschleunigte und frühzeitige Zerstörung von mineralischen, metallischen und polymeren Werkstoffen, führt zu einem großen volkswirtschaftlichen Schaden, insbesondere durch den erhöhtem Wartungsaufwand betroffener wasserführender Systeme. Auch die Leistungsreduzierung innerhalb der wasserführenden Systeme führt zu erheblichen zusätzlichen Kosten, da hier der Wirkungsgrad dieser Systeme vermindert wird. Beispielsweise verursachen Biofilme eine zusätzliche Reibung innerhalb der wasserführenden Systeme, so dass mehr Energie aufgewandt werden muss, um das Wasser durch bzw. über diese Systeme zu führen.
Als problematisch haben sich Biofilme auch im Zusammenhang mit luftgekühlten Kühltürmen erwiesen, da aus diesen über feinste Wassertröpfchen Keime, beispielsweise Legionellen, in die Umgebungsluft abgegeben werden. Dies ist auch schon bei Springbrunnen und Wasserspielen, die sowohl in Privathaushalten als auch öffentlich betrieben werden, festgestellt worden. Auch hier werden durch feinste Wassertröpfen Keime an die Umgebungsluft abgegeben.
Problematisch im Zusammenhang mit Biofilmen sind außerdem Heizungsanlagen, insbesondere wenn diese keinen Korrosions- und Frostschutz haben. Hier kommt es vermehrt zur Biokorrosion sowie zur Abnahme des Wirkungsgrades der Heizungsanlage. Das Entfernen von Biofilmen ist hier ebenfalls erwünscht, um die Lebensdauer der Heizungsanlage, aber auch um deren Energieausbeute zu erhöhen.
Unerwünscht sind Biofilme ferner im Bereich der Wärmeaustauscher von Motoren, insbesondere von Verbrennungsmotoren, da auch hier Biokorrosion erfolgen kann und der Wirkungsgrad der Wärmeaustauscher aufgrund der Biofilmbildung abnimmt.
Ferner sind Biofilme problematisch im Bereich der wasserbasierenden Temperierung von Kunststoff-Formen und Kunststoffwerkzeugen sowie Spritzgussmaschinen, welche insbesondere entsprechende Kühl- und Temperierkanäle aufweisen. Hier können Biofilme aufgrund ihrer isolierenden Wirkung zu Leistungsverlusten, ferner zur Biokorrosion bis hin zum Funktionsausfall durch Verstopfung von Düsen oder der Kühl- und Temperierkanäle führen.
Besonders betroffen von der Bildung von Biofilmen sind aber auch Schläuche, beispielsweise Gartenschläuche und solche aus EPDM, PP, PE, Silikon, Elastomer und PVC. Da derartige Schläuche häufig als Verbindungsstücke in Rohrleitungssystemen genutzt werden oder zur Befüllung von Schwimmbecken, beispielsweise von Whirlpools, dienen, können diese Biofilme ebenfalls Hygiene-Probleme verursachen und sind daher unerwünscht.
Wasserführende Systeme, durch die Wasser in Trinkwasserqualität geleitet wird, haben in hygienischer Hinsicht das Problem der sich aufgrund vorhandener Biofilme einstellenden Rückverkeimung, selbst wenn die wasserführenden Systeme zuvor desinfiziert wurden. Dies gilt allgemein für alle Trinkwasserleitungen, beispielsweise für solche in der Lebensmittelindustrie, in der Landwirtschaft, im Bereich Caravan, Boot und Schiff, Bahn sowie Reisebus, aber insbesondere auch für Leitungssysteme in Krankenhäusern, durch die Trinkwasser, destilliertes oder steriles Wasser geführt werden.
Um Keime aus den Leitungssystemen in Krankenhäusern zu entfernen bzw. die Keimbelastung innerhalb der Leitungssysteme in Krankenhäusern niedrig zu hat ten, werden die Leitungssysteme üblicherweise kontinuierlich mit Desinfektionsmitteln, beispielsweise mit Chlordioxid oder mit UV-C-Strahlung behandelt. Bekannt ist aber auch, insbesondere im Intensiv-Bereich eines Krankenhauses, das Wasser am Ende einer Leitung, beispielsweise an einer Zapfstelle oder an einem Duschkopfs, mittels eines Membranfilters steril zu filtern. Mit derartigen Maßnahmen lassen sich aber allenfalls kurzfristig die Symptome eines Biofilms, nicht aber die Ursache der Keimbildung, also der Biofilm selbst, beseitigen.
Große Probleme gibt es auch mit Biofilmen in Wasserleitungen, die in Behandlungsstühlen von Zahnärzten und Zahnchirurgen integriert sind. Das Problem wird hierbei noch dadurch größer, dass das Wasser in diesen Leitungen üblicherweise erwärmt wird, wodurch das Wachstum der Biofilme beschleunigt wird.
Weitere Probleme mit Biofilmen ergeben sich bei Duschgarnituren, insbesondere bei Duschschläuchen aus Kunststoff bzw. Elastomer, bei Dichtungen aus Kunststoff bzw. Elastomer oder bei Duschköpfen mit vorhandenen Totzonen. Dadurch, dass das Wasser in diesen Totzonen über einen längeren Zeitraum stagniert, bilden sich ideale Lebens- und Vermehrungsbedingungen für alle Arten von Keimen, wie beispielsweise Bakterien, Sporen sowie Einzellern und Pilzen, aus. Hier haben Untersuchungen gezeigt, dass an den genannten Stellen erhebliche Ablagerungen in Form von Biofilmen vorliegen können. Auch bei den heute sehr häufig eingesetzten Kunststoffverbundrohren sind nachteilig Biofilme zu erwarten, insbesondere wenn warmes Wasser durch diese Rohre geleitet wird.
Problematisch sind Biofilme darüber hinaus im Zusammenhang mit so genannten privat oder öffentlich betriebenen Whirlwannen, Whirlpools oder dergleichen. Derartige Probleme werden der Öffentlichkeit häufig noch nicht gewahr, da die daraus resultierende Gesundheitsgefahr noch unterschätzt wird. Dass die Gefahr gegenwärtig ist, zeigten verschiedene Epidemien in Spanien und Holland, bei denen hunderte Personen an Legionellose erkrankten und Dutzende an den Folgen starben.
Sämtliche angesprochenen Probleme mit Biofilmen sind dem Fachmann aus den jeweiligen Fachbereichen bekannt und in der Fachliteratur ausführlich beschrieben.
So bereiten Biofilme auch bei Geräten, die zur Reinigung eingesetzt werden, insbesondere bei Wasch- und Geschirrspülmaschinen oder Nassstaubsauger, bei Geräten, die zur Zubereitung von Getränken eingesetzt werden, insbesondere bei Kaffeemaschinen, -bereiter, Tafelwasseranlagen, Watercoolern, Zapfanlagen, Fruchsaftdispenser, Soft- und Postmixgeräte oder Bierzapfanlagen, sowie bei Klimaanlagen mit Luftbefeuchter Probleme.
Vorgenannte Biofilme sind nur schwer entfernbar. Je komplizierter die baulichkonstruktive Ausführung des wasserführenden Systems, desto schwerer ist eine Reinigung zu bewerkstelligen. Auch wenn eine Abtötung der Keime durch Desinfektionsmitteln gelingt, so erfolgt doch üblicherweise keine Beseitigung der Biofilme. Vielmehr bilden die durch die Desinfektion abgetöteten Keime einen neuen Nährboden und damit ideale Lebens- und Vermehrungsbedingungen für weitere Keime. Nachteilig ist hierbei, dass üblicherweise eingesetzte Desinfektionsmittel nur in höherer Konzentration und über eine relativ lange Einwirkzeit zu einem befriedigenden Ergebnis führen, jedoch nicht zu einer vollständigen Entfernung des Biofilms.
Wegen der schweren Entfernbarkeit von Biofilmen ist des Weiteren versucht worden, die Entstehung von Biofilmen präventiv durch Optimierung der Konstruktion und der Werkstoffoberfläche der wasserführenden Systeme zu verhindern. Optimierungen liegen in der Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers an den Werkstoffoberflächen, in der Vermeidung von Totzonen und so genannten Stichkanälen. Entsprechende Optimierungen sind allerdings aufwendig und üblicherweise bei bestehenden wasserführenden Systemen nachträglich nicht mehr zu realisieren.
Zu den Präventivmaßnahmen, welche die Entstehung von Biofilmen verhindern sollen, zählen kontinuierliche Behandlungsverfahren, insbesondere die automatische Zudosierung von chemisch wirksamen Substanzen ins Wasser oder physikalische Behandlungsverfahren, wie die UV-C Bestrahlung im Durchflussverfahren. Derartige Behandlungsverfahren sollen – wie gesagt – die Entstehung von Biofilmen verhindern, sind aber nicht geeignet, bereits vorhandene Biofilme zu entfernen. Insofern sind solche Behandlungsverfahren allenfalls bei neu installierten wasserführenden Systemen sinnvoll.
Das Entfernen von Biofilmen ist auch nicht mittels thermischer Behandlungsverfahren möglich. Zwar werden durch thermische Behandlung die den Biofilm bildenden Keime, wie beispielsweise Bakterien, Sporen sowie Einzeller und Pilze, abgetötet, die Biofilme selbst werden aber üblicherweise nicht entfernt. Vielmehr bilden die durch thermische Behandlung abgetöteten Keime einen neuen Nährboden und damit ideale Lebens- und Vermehrungsbedingungen für weitere Keime. So kann beispielsweise ein so genannter Sterilfilter durch Dampfsterilisation, also durch thermische Behandlung, sterilisiert werden, nachteilig ist jedoch, dass der Biofilm selbst in abgetöteter Form im Sterilfilter verbleibt und die Membran des Sterilfilters verstopfen kann. Die daraus resultierende unerwünschte Druckdifferenz innerhalb des Sterilfilters kann durch ein solches Behandlungsverfahren nicht beseitigt werden.
Nach alledem ist das Entfernen eines Biofilmes ein nach dem Stand der Technik noch nicht ausreichend gelöstes Problem.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich Biofilme in wasserführenden Systemen einfach, kostengünstig und möglichst vollständig entfernen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zunächst eine saure Komponente A in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, welche über eine vorgegebene Zeit auf den zu entfernenden Biofilm einwirkt, und dass anschließend eine alkalische Komponente B in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, in einer Menge, die den pH-Wert des Wassers des wasserführenden Systems in den alkalischen Bereich umschlagen lässt, oder dass zunächst eine alkalische Komponente B in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, welche über eine vorgegebene Zeit auf den zu entfernenden Biofilm einwirkt, und dass anschließend eine saure Komponente A in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, in einer Menge, die den pH-Wert des Wassers des wasserführenden Systems in den sauren Bereich umschlagen lässt.
Die Einwirkzeit und Reihenfolge der Zugabe der Komponenten A und B ist abhängig von der Art und Menge des zu entfernenden Biofilms, vom Werkstoff des wasserführenden Systems sowie der Temperatur. Eine empirische Ermittlung dieser Faktoren ist möglich.
Der pH-Wert des Wassers im sauren Bereich liegt zwischen pH 1 und pH 6. Der pH-Wert des Wassers im alkalischen Bereich liegt zwischen pH 9 und pH 14.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat zu dem völlig überraschenden Ergebnis geführt, das sich auch mehrere Jahre alte Biofilme innerhalb weniger Stunden vollständig abbauen lassen. Die Zugabe einer ersten Komponente wird auch als erste Phase, die Zugabe einer zweiten Komponente als zweite Phase bezeichnet.
Da sich Biofilme im Laufe von Jahrmillionen immer wieder an neue Gegebenheiten anpassen mussten und entsprechend in unterschiedlichsten Varianten vorkommen, sind Biofilme inzwischen auch an Stellen zu finden, die vom Menschen künstlich geschaffen worden sind. Da die künstlichen Gegebenheiten, beispielsweise Wasserleitungen, ihrerseits wiederum äußerst unterschiedliche Lebensräume bieten, sind auch die dort sich ansiedelten Biofilme äußerst unterschiedlich. Dies erklärt, warum die Beseitigung eines Biofilms mit nur einer Substanz bzw. mit nur einem Substanzgemisch, also mit nur einer Komponente, üblicherweise erfolglos ist. Erst durch das erfindungsgemäße mehrstufige Verfahren kann die Wirksamkeit des Entfernens von Biofilmen erheblich gesteigert werden.
So hat sich beispielsweise gezeigt, dass Wasserstoffperoxid als Komponente A selbst in hoher Konzentration von 35% nur kurzfristig auf einen vorhandenen Biofilm einwirken kann und die auftretenden Reaktionen relativ schnell zum erliegen kommen. Erst durch Zugabe einer in diesem Fall alkalischen Komponente B, beispielsweise vom Kaliumcarbonat, und den damit verbunden pH-Wert-Umschlag von in diesem Fall sauer nach alkalisch werden Reaktionen in Gang gebracht, die überraschenderweise den Biofilm entfernen. Die Komponente B, welche die Reaktionen in Gang bringt, wird deshalb auch als Aktivator bezeichnet.
Das Entfernen eines Biofilms lässt sich durch Erhöhung der Wassertemperatur sowie durch Bewegung des mit dem Biofilm in Kontakt kommenden Wassers, insbesondere mittels Umlaufverfahren bzw. durch Zirkulation des Wassers, verbessern.
Nichtsdestotrotz ist das Entfernen eines Biofilms auch schon bei niedrigen Temperaturen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. So wurde das erfindungsgemäße Verfahren auch bei 8°C erfolgreich durchgeführt.
Neben dem Entfernen des Biofilms durch das erfindungsgemäße Verfahren besteht die Möglichkeit, beim Zugeben der Komponente A oder B auch andere dem Fachmann bekannte Desinfektionsmittel dem Wasser zuzugeben, wobei der pH-Wert des Wassers bei Zugabe des Desinfektionsmittels sauer sein bzw. bleiben sollte, wenn die saure Komponente A eingesetzt wird, oder alkalisch, wenn die alkalische Komponente B eingesetzt wird. Als besonders effektiv hat sich die Zugabe von vorzugsweise Peressigsäure in Konzentrationen von vorzugsweise 0,01 bis 1,00% erwiesen, weil dadurch bei extrem hoher Keimbelastung des Wassers, beispielsweise in einem Whirlpoolfilter, die Keimabtötung unterstützt wird.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass als saure Komponente A eine oxidierend wirksame Substanz verwendet wird.
Vorzugsweise wird die oxidierend wirksame Substanz aus der Gruppe ausgewählt, die aus Wasserstoffperoxid, einer oder mehreren Persäuren, vorzugsweise Peressigsäure, Harnstoffperoxid, einem oder mehreren Peroxiden und/oder einer oder mehreren peroxidischen Verbindungen, vorzugsweise Natriumperoxid und/oder Kaliumperoxid, einem oder mehreren Perboraten, vorzugsweise Natriumperborat, einem oder mehreren Percarbonaten, vorzugsweise Natriumpercabonat, Fruchtsäure und Mischungen hiervon besteht
Vorzugsweise wird die Fruchtsäure aus der Gruppe ausgewählt, die aus Benzoesäure, Sorbinsäure, Weinsäure, Citronensäure, Ascorbinsäure, Oxalsäure, Fumarsäure, Apfelsäure, Salze der genannten Fruchtsäuren und Mischungen hiervon besteht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die saure Komponente A zusätzlich eine katalytisch wirksame Substanz enthält.
Vorzugsweise wird die katalytisch wirksame Substanz aus der Gruppe ausgewählt, die aus Salzsäure, Essigsäure, Peressigsäure, Salpetersäure, Ameisensäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Mischungen hiervon besteht.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die saure Komponente A zusätzlich katalytisch wirksame Metallionen, vorzugsweise Kupferionen, enthält, die nach ihrer Zugabe im Wasser des wasserführenden Systems vorzugsweise in einer Konzentration von 1 ppm bis 0,1% im Wasser vorliegen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die alkalische Komponente B vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Lithiumhydroxid, Extrakt aus Holzasche und Mischungen hiervon besteht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nach Zugabe der sauren Komponente A, anschließender Zugabe der alkalischen Komponente B in einem weiteren Verfahrenschritt eine saure Komponente C, vorzugsweise Citronensäure, dem Wasser des wasserführenden Systems zugegeben wird, um den pH-Werts auf pH 6–7 einzustellen. Diese Zugabe bewirkt, dass einerseits Substanzen, die im alkalischen Milieu unlöslich sind, wieder gelöst werden und sich nicht irgendwo im wasserführenden System ablagern, und dass andererseits das Wasser des wasserführenden Systems nach Beendigung des Reinigungsverfahrens ohne Probleme entsorgt werden kann.
Die Zugabe einer Säure, vorzugsweise von Citronensäure, ins Wasser des wasserführenden Systems hat auch den Vorteil, dass sich Kalkschichten, die häufig Bestandteil der unerwünschten Biofilme sind, leicht entfernen lassen. Üblicherwei se werden aber bereits Substanzen als saure Komponente A verwendet, die Kalk lösen können.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Wasser des wasserführenden Systems jederzeit Tenside, vorzugsweise in einer Konzentration von < 0,1%, zugegeben werden können. Die Zugabe von Tensiden in nur geringen Mengen ist sinnvoll, wenn das wasserführende System stark mit hydophoben Substanzen belastet ist. Die Tenside dienen dann dazu, diese hydophoben Substanzen im wasserführenden System zu lösen, so dass die dem Wasser zum Entfernen des Biofilms zugegebenen Komponenten den Biofilm besser erreichen und auf diesen einwirken können.
Vorzugsweise liegt die saure, dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Komponente A in einer Konzentration von 0,01 bis 40,00% im Wasser vor.
Vorzugsweise liegt die alkalische, dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Komponente B in einer Konzentration von 0,01 bis 10,00% im Wasser vor.
Vorzugsweise liegt die katalytisch wirksame, dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Säure in einer Konzentration von 0,01 bis 10,00% im Wasser vor.
Vorzugsweise liegt die dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Fruchtsäure in einer Konzentration von 0,01 bis 10,00% im Wasser vor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Beispiele erläutert.
Die zuvor und im Folgenden verwendeten Konzentrationsangaben beziehen sich auf den Massenanteil und werden in Prozent angegeben. Beispielsweise enthält eine 35%ige H₂O₂-Lösung 35 g H₂O₂ in 100 g Lösung. Eine 10%ige K₂CO₃ bedeutet, dass in 100 g wässriger Kaliumcarbonat-Lösung 10 g K₂CO₃ gelöst sind. Das im wasserführenden System enthaltende bzw. das zur Reinigung des wasserführenden Systems verwendete Wasser ist hierbei immer das Lösungsmittel. Das Lösungsmittel kann selbstverständlich neben den angegebenen Stoffen auch noch andere Stoffe enthalten, die beispielsweise bereits im Wasser des wasserführenden Systems enthalten sind. Eine 10%ige K₂CO₃ bedeutet also nicht zwangsläufig, dass in 100 g wässriger Kaliumcarbonat-Lösung nur 10 g K₂CO₃ gelöst sind. Diese 100 g wässrige Kaliumcarbonat-Lösung können vielmehr auch weitere Stoffe enthalten, je nachdem welches Wasser zur Lösung eingesetzt wird. Bei einer 0,05 bis 0,1%ige H₂O₂- und 0,01 bis 0,05%ige Citronensäure- Lösung handelt es sich beispielsweise um eine Lösung, bei der in 100 g Lösung 0,05 bis 0,1 g H₂O₂ und 0,01 bis 0,05 g Citronsäure enthalten sind. Die Lösung selbst kann aber – wie gesagt – noch weitere Stoffe enthalten. Das wäre beispielsweise der Fall, wenn statt eines destillierten Wassers normales Leitungswasser oder das üblicherweise ohnehin im wasserführenden System enthaltende Wasser zur Herstellung der Lösung verwendet wird. Letzteres ist üblich, da hier nur noch die entsprechende Komponente in das ohnehin im wasserführenden System enthaltende Wasser gegeben werden muss.
Beispiel 1
wasserführende Systeme wie Leitungen und Tanks
Phase 1:
Zunächst wird eine 0,5 bis 1%ige H₂O₂-Lösung umlaufend oder stagnierend für 1 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 60°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Phase 2:
Anschließend wird eine 0,5 bis 1%ige K₂CO₃ umlaufend oder stagnierend für 1 bis 360 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 60°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Beispiel 2
wasserführende Systeme wie Leitungen und Tanks
Phase 1:
Zunächst wird eine 1 bis 5%ige H₂O₂-Lösung umlaufend oder stagnierend für 1 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 50°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Phase 2:
Anschließend wird eine 0,2 bis 2%ige NaOH umlaufend oder stagnierend für 1 bis 360 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 60°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Beispiel 3
wasserführende Systeme wie Leitungen und Tanks
Phase 1:
Zunächst wird eine 0,05 bis 0,1%ige H₂O₂- und 0,01 bis 0,05%ige Benzoesäure-Lösung umlaufend für 1 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 1000°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Phase 2:
Anschließend wird eine 0,1 bis 1%ige K₂CO₃ umlaufend für 1 bis 360 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 100°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Beispiel 4
wasserführende Systeme wie Leitungen und Tanks
Phase 1:
Zunächst wird eine 0,05 bis 0,1%ige H₂O₂- und 0,01 bis 0,05%ige Citronensäure-Lösung umlaufend oder stagnierend für 1 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 100°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Phase 2:
Anschließend wird eine 0,1 bis 1%ige K₂CO₃ umlaufend oder stagnierend für 1 bis 360 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 100°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Beispiel 5
Kaffeemaschinen, Waschmaschinen, Geschirrspüler
Phase 1:
Zunächst wird eine 0,05 bis 1%ige H₂O₂-, 0,25 bis 0,6%ige Benzoesäure- und 0,008 bis 0,016%ige Sorbinsäure-Lösung umlaufend oder stagnierend für 1 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 100°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Phase 2:
Anschließend wird eine 1 bis 5%ige K₂CO₃ umlaufend oder stagnierend für 1 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 100°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Beispiel 6
wasserführende Systeme wie Leitungen und Tanks
Phase 1:
Zunächst wird eine 5 bis 50%ige H₂O₂-Lösung umlaufend oder stagnierend für 1 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 60°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Phase 2:
Anschließend wird eine 1 bis 10%ige K₂CO₃ umlaufend oder stagnierend für 1 bis 360 Minuten bei Raumtemperatur (21°C) bis 60°C mit dem Biofilm in Kontakt gebracht.
Die angegebenen Beispiele sind tatsächlich nur als Beispiele zu verstehen. Die Einwirkzeit kann in einem weiten Bereich variieren, da der Biofilm sehr unterschiedlich aufgebaut sein kann. So ist die Einwirkzeit unter anderen abhängig vom Mineralgehalt, vom Anteil organischer Substanzen, von der Festigkeit und der Haftung des Biofilms auf dem Untergrund oder in einer Spalte.
Die in den Beispielen wiedergegebenen Parameter sind daher in erster Linie als Richtwerte bzw. Orientierungswerte zu verstehen.
Wie bereits erwähnt können die Phasen 1 und 2 gegebenenfalls auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Sinnvoll ist dies beispielsweise für den Fall, dass der pH-Wert des noch nicht die saure Komponente A enthaltenen Wassers bereits im saurem Bereich liegt. Dann könnte es sinnvoll zu sein, zunächst die alkalische Komponente B dem Wasser zuzugeben, um eine erste, sich positiv auf das Entfernen des Biofilms auswirkende pH-Wert-Änderung zu erreichen und anschließend die saure Komponente A dem Wasser zuzugeben, um eine zweite, sich positiv auf das Entfernen des Biofilms auswirkende pH-Wert-Änderung zu erreichen.
Durch zeitlich versetzte Zugabe der Komponenten A und B in einer ersten und einer zweiten Phase sowie durch die damit verbundene Änderung des pH-Wertes wird eine erhebliche Steigerung der den Biofilm entfernenden Reaktionen erreicht. Es wird davon ausgegangen, dass die Ursache des verbesserten Entfernens des Biofilm auf katalytische Effekte sowie auf die Erzeugung chemischer Verbindungen "in situ" zurückzuführen ist.
Vorzugsweise wird auf toxische Substanzen, insbesondere auf Chlor und die damit verbundenen Desinfektionsnebenprodukte, verzichtet.
Zahlreiche Labor- und Technikumsuntersuchungen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren an Filtern, Membranen, Kunststoffschläuchen mit unterschiedlich ausgeprägten Biofilmen gestestet wurde, sowie diverse Praxis-Prüfungen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren an Whirlpools, Whirlwannen, Tafelwasser- und Watercoolern, Zapfanlagen, Fruchtsaftdispensern sowie Rohrleitungen aus Kunststoff mit unterschiedlich ausgeprägten Biofilmen durchgeführt wurde, haben die Wirksamkeit des Verfahrens untermauert.

Claims

Verfahren zum Entfernen eines Biofilms in einem wasserführenden System, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine saure Komponente A in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, welche über eine vorgegebene Zeit auf den zu entfernenden Biofilm einwirkt, und dass anschließend eine alkalische Komponente B in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, in einer Menge, die den pH-Wert des Wassers des wasserführenden Systems in den alkalischen Bereich umschlagen lässt, oder dass zunächst eine alkalische Komponente B in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, welche über eine vorgegebene Zeit auf den zu entfernenden Biofilm einwirkt, und dass anschließend eine saure Komponente A in das Wasser des wasserführenden Systems gegeben wird, in einer Menge, die den pH-Wert des Wassers des wasserführenden Systems in den sauren Bereich umschlagen lässt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als saure Komponente A eine oxidierend wirksame Substanz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierend wirksame Substanz ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Wasserstoffperoxid, einem oder mehreren Persäuren, vorzugsweise Peressigsäure, Harnstoffperoxid, einem oder mehreren Peroxiden und/oder peroxidischen Verbindungen, vorzugsweise Natriumperoxid und/oder Kaliumperoxid, einem oder mehreren Perboraten, vorzugsweise Natriumperborat, einem oder mehreren Percarbonaten, vorzugsweise Natriumpercabonat, Fruchtsäure und Mischungen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Fruchtsäure ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Benzoesäure, Sorbinsäure, Weinsäure, Citronensäure, Ascorbinsäure, Oxalsäure, Fumarsäure, Apfelsäure, Salze der genannten Fruchtsäuren und Mischungen hiervon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Komponente A zusätzlich eine katalytisch wirksame Säure enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch wirksame Säure ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Salzsäure, Essigsäure, Peressigsäure, Salpetersäure, Ameisensäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Mischungen hiervon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Komponente A zusätzlich katalytisch wirksame Metallionen, vorzugsweise Kupferionen, enthält, die nach der Zugabe im Wasser des wasserführenden Systems vorzugsweise in einer Konzentration von 1 ppm bis 0,1% im Wasser vorliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische Komponente B ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Lithiumhydroxid, einem Extrakt aus Holzasche und Mischungen hiervon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zugabe der sauren Komponente A, anschließender Zugabe der alkalischen Komponente B in einem weiteren Verfahrenschritt eine saure Komponente C, vorzugsweise Citronensäure, zum Einstellen des pH-Werts auf pH 6–7 dem Wasser des wasserführenden Systems zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser des wasserführenden Systems jederzeit Tenside, vorzugsweise in einer Konzentration von < 0,1%, zugegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die saure, dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Komponente A in einer Konzentration von 0,01 bis 40,00% im Wasser vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische, dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Komponente B in einer Konzentration von 0,01 bis 10,00% im Wasser vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch wirksame, dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Säure in einer Konzentration von 0,01 bis 10,00% im Wasser vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser des wasserführenden Systems zugegebene Fruchtsäure in einer Konzentration von 0,01 bis 10,00% im Wasser vorliegt.