Desinfektion und Bekämpfung von Mikroorganismen in ... · Mikroorganismen finden sich in fast allen wasserführenden Systemen: • Algen • Bakterien • Pilze. Problematisches

Desinfektion und Bekämpfung von Mikroorganismen in

Kühlkreisläufen

Mikroorganismen finden sich in fast allen wasserführenden Systemen:• Algen• Bakterien• Pilze

Problematisches mikrobiologisches Wachstum führt in kürzester Zeit zu technischen Problemen: • Energiemehrkosten• Betriebsstörungen/ Produktionsausfall• Korrosionsschäden

Biofilmen und Mikrobiologie in Kühlkreisläufen

Schleimbildende Bakterien• Belagsbildung, Unterbelagskorrosion• Ca. 15% der Stoffwechselprodukte sind

direkt korrosiv

Korrosive Bakterien• Beispiel: Sulfatreduzierende Bakterien• Beispiel: Eisenbakterien (anaerob, aerob)


Algen• Schleimbildung (Alginate)• Verstopfungen durch abgelöste Algen

Pathogene Bakterien (Krankheitserreger)• Beispiel: Legionellen• Beispiel: Pseudomonaden• Beispiel: Coliforme


Faktoren, welche die Ausbildung von Biofilmen/Mikrobiologie in Kühlkreisläufen fördern

Hydraulische Bedingungen: Theoretische Verweilzeit

Fließgeschwindigkeit

Wassertemperatur, pH-Wert

Konzentration verwertbarer Nährstoffe

AOC, Fe, Ca, Mg, N, Ortho-PO4, Licht, etc..

Effektivität von Bioziden

Rauhigkeit der Oberfläche

„Grazing“ durch

Protozoen

Bio

film

stär

ke [µ

m]

Strömungsgeschwindigkeit [ms-1]


PlattenwärmetauscherLinks: Strömungsgeschwindigkeit < 1 m/sRechts: Strömungsgeschwindigkeit > 1 m/s


02468

1012

0 10 20 30 40 50 60

Bak

terie

lles

Wac

hstu

ms-

pote

ntia

l [N

/N0]

*

Wassertempereratur [°C]

Bakterienwachstum im Kühlwasser in Abhängikeit der Temperatur - pH-Wert: 8,0

Diagramm1

13.9

22

27.5

38

48

51

53

55


Bakterielles Wachstums-potential [N/N0]*

Bakterienwachstum im Kühlwasser in Abhängikeit der Temperatur - pH-Wert: 8,0

1.8

3

5

10

5.1

3.1

2.1

1

Tabelle1

13.91.8

223

27.55

3810

485.1

513.1

532.1

551

Tabelle1


Bakterielles Wachstumspotential [N/N0]*

Bakterienwachstum im Kühlwasser in Abhängikeit der Temperatur bei - pH-Wert: 8,0

Tabelle2

Tabelle3


02468

1012

0 2 4 6 8 10 12

Bakt

erie

lles

Wac

hstu

ms-

pote

ntia

l [N/

N0]*

pH-Wert

Bakterienwachstum im Kühlwasser in Abhängigkeit des pH-Wertes - Temp.: 30 °C

Diagramm1

4.9

5.25

5.9

7.25

8.75

9.25

9.8

10

pH-Wert

Bakterielles Wachstums-potential [N/N0]*

Bakterienwachstum im Kühlwasser in Abhängigkeit des pH-Wertes - Temp.: 30 °C

2

3

5

9.8

7

5.1

3.1

2.5

Tabelle1

13.91.84.92

2235.253

27.555.95

38107.259.8

485.18.757

513.19.255.1

532.19.83.1

551102.5

Tabelle1


Bakterielles Wachstumspotential [N/N0]*

Bakterienwachstum im Kühlwasser in Abhängikeit der Temperatur bei - pH-Wert: 8,0

Tabelle2

pH-Wert

Bakterielles Wachstumspotential

Bakterienwachstum im Kühlwasser in Abhängigkeit des pH-Wertes - Temperatur: 30 °C

Tabelle3

Oxidierende Biozide Nicht oxidierende BiozideChlor/Hypochlorit Quaternäre AmmoniumsalzeBromid/Hypochlorit GlutardialdehydChlordioxid IsothiazolinoneWasserstoffperoxid 2-Brom- 2-nitropropan-

1,3-diolPeressigsäure Tetrakis- (hydroxi-methyl)-

phosphonium-sulfat (THPS)Ozon Dibromnitrilopropionamid

(DBNPA)PeroxomonosulfatBromchlordimethyl-hydantoin (BCDMH)Dichlorisocyanursäure

Übersicht der Biozide aus der VDI 2047-2

Nach Durchführung einer Stoßbehandlung mit mikrobiozidenWirkstoffen gelten folgende Anforderungen:

1212-Bakterien-leuchthemmung GL

0,5 mg/l0,15 mg/l0,15 mg/l

Adsorbierbare organisch gebundene Halogene (AOX)

0,3 mg/l0,3 mg/l0,2 mg/l

Chlordioxid, Chlor und Brom (angegeben als Chlor)

2.3.3 Abflutung von

sonstigen Kühlkreisläufen

2.3.2 Hauptkühlkreisläufe

von Kraftwerken (Abflut aus

Umlaufkühlung)

2.3.1 Frischwasser-

kühlung (Durchlauf/ Ablauf)*

Qualifizierte Stichprobe auf:

* 2.3.1: Sonstige mikrobiozide Wirkstoffe außer Wasserstoffperoxid und Ozon dürfen im Abwasser nicht enthalten sein

Einschränkungen durch Anhang 31 der Abwasserverordnung

DosierstelleMesstechnik

Flüssige Produkte sollte in maximal einer Stunde in das Kühlsystem dosiert werden können

KühlkreislaufDosier- und Messstellen

Einsatz von Biozidenoxidierende Biozidec

Hypochlorige Säure – HOCl (HClO ↔ H+ + ClO-)Hydrolyseprodukt von Chlorgas in Wasser oder

Natriumhypochlorit (Chlorbleichlauge)Mit steigendem pH lässt die biozide Wirkung nachWeniger wirksames Hypochlorit-Ion (OCl-) dominiertAb einem pH-Wert von größer 8,0 nicht mehr effektiv

Vergleichsweise GünstigErzeugt AOX (vergleichsweise viel)

Einsatz von Biozidenoxidierende Biozide

Hypobromige Säure – HOBr (HOBr ↔ H+ + BrO-)Dosierung von Natriumhypochlorit und

NatriumbromidWirksamste biozide Bromverbindung in WasserMit steigendem pH lässt die biozide Wirkung nach

Weniger wirksames Hypobromit-Ion (OBr-) dominiert

Ab einem pH-Wert von größer 8,8 nicht mehr effektiv

Mittleres PreisniveauErzeugt AOX (vergleichsweise viel)


Chlordioxid – ClO2 Erzeugung meist über Mischverfahren die Anlagentechnik

benötigen(z.B. Chlorit-Säure Verfahren) Alternativ in flüssig-stabilisierter Form zu erhalten Reagiert mit Mikrobiologie weniger zu AOXWirksam in einem breiten pH-Bereich (pH 6-10) Ist deutlich flüchtiger als HOCl/ HOBr und wird daher stark

ausgestrippt Explosionsgefahr ab 10% Mittleres Preisniveau

Einsatz von Biozidenoxidierende Biozide – pH Stabilität

Quelle: PureLine


Ozon – O3Einsatz von 0,1 – 0,3 mg/l kontinuierlich im

Kühlwasser sind hochwirksamErzeugung über Hochspannungsgenerator ca. 10 kWh/kg O3Entspricht ca. 0,1% des Energiebedarfs der Kühlanlage

Nachteil:Angriff von Kunststoff-/Holzeinbauten, organischen

Dispergier- und KonditionierungsmittelnBildung von Desinfektionsnebenprodukten mit DOCEinsatz nur sinnvoll bei geringer organischer BelastungSehr Flüchtig wird daher stark ausgestrippt

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Ozon.svg&filetimestamp=20080419165147


Wasserstoffperoxid – H2O2Verbesserte Wirksamkeit durch KatalysatorenSilberkatalysiertes H2O2 bildet Hydroxylradikale

mit deutlich höherem OxidationspotentialKeine AOX BildungMittleres PreisniveauNachteil:Evtl. Bildung katalase-positiver BakterienstämmeSinkende Wirksamkeit bei steigendem pH-Wert

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Wasserstoffperoxid.svg&filetimestamp=20070107234829


Peressigsäure – C2H4O3Hoch Wirksam durch SäurekatalyseHohes PreisniveauNachteil:Erhöhte Korrosionsgefahr (v.a. bei Buntmetallen)Sinkende Wirksamkeit bei steigendem pH-WertFreisetzung organischer Säuren

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ce/Peracetic_acid_structure.svg

Einsatz von Biozidenoxidierende Biozide - Analytik

Online:Redox-Potential

Freies ChlorGesamtchlor

Labor:FotometrischDPD Methode

Hypochlorit, Hypobromit, Chlor

Red

oxpo

tent

ial (

mV

)

Kontrolle des Einsatz von Biozidenoxidierende Biozide - Analytik

Online:Redox-PotentialChlordioxid

Labor:Fotometrisch

DPD Methode

Chlordioxid

Labor:Fotometrisch

Indigo Methode

Online:Ozon

Ozon

Kontrolle des Einsatz von Biozidenoxidierende Biozide - Analytik

Labor:FotometrischPeroxidase Methode

Wasserstoffperoxid, Peressigsäure

Online:Redox-Potential

Red

oxpo

tent

ial (

mV

)

Einsatz von Biozidennichtoxidierende Biozide

Isothiazolinone – C11H19NOSBreitbandbiozid, Angriff von Aminosäuren,

Proteinen und EnzymenLangsamer Zerfall/ HydrolyseMittleres Preisniveau

Nachteil:Schwer biologisch abbaubarAusbildung von BakterienresistenzenWirkt sensibilisierendTrägt zur AOX-Bildung bei


Quaternäre AmmoniumverbindungenMembranaktive BiozideHäufig Kombination mit anderen WirkstoffenWirkung nimmt mit steigendem pH-Wert zuErzeugt kein AOXGute algizide WirkungVergleichsweise hohes Preisniveau

Nachteil:Schwer biologisch abbaubarGeringe Wirkung gegen gram-negative Bakterien


Dibromnitrilopropionamid - DBNPASchneller Zerfall/ HydrolyseSchneller Abbau im KühlsystemVergleichsweise hohes Preisniveau

Nachteil:Trägt zur AOX-Bildung beiKann allergische Hautreaktionen verursachen


2-Brom-2nitropropan-1,3-diol - BNPDLangsamer Zerfall/ HydrolyseNachhaltige Wirkung im KühlsystemWirkt gegenüber anderen organischen Bioziden

weniger toxischMittleres Preisniveau

Nachteil:Schwer biologisch abbaubarTrägt zur AOX-Bildung beiHohe korrosive Wirkung im Kühlkreislauf


Glutardialdehyd – C5H8O2Leicht biologisch abbaubarKein Beitrag zur AOX-BildungKann allergische Hautreaktionen verursachenVergleichsweise hohes PreisniveauSehr geringe korrosive Wirkung auf den

Kühlkreislauf


Tetrakis(hydroxymethyl)phosphoniumsulfat –C8H24O12P2SEffektiv gegen schleimbildende Bakterien/Biofilme und

sulfatreduzierende BakterienLeicht biologisch abbaubarKein Beitrag zur AOX-BildungNachteil:BuntmetallkorrosivHohe Phosphatfracht Vergleichsweise hohes Preisniveau

Einsatz von Biozidennichtoxidierende Biozide - Analytik

Schnelltest TeststäbchenFür Quat´s (Benzalkoniumchloride): 0-1.000 ppm, Abstufung >10 ppm (= i.d.R. zu ungenau!)Für Glutaraldehyd:0-2,5%, Abstufung 0,5% (= i.d.R. zu ungenau!)

Kontrolle des Einsatz von BiozidenWichtige Hinweise aus der VDI 2047-2

„(…) Beim Einsatz nicht oxidierender Biozide ist der Wirkstoff quartalsweise zu wechseln, um Resistenzen vorzubeugen. Bei Nachweis weiter vorhandener Wirksamkeit kann das Intervall verlängert werden. (…)“

Bevorratung von zwei nichtoxidierenden Bioziden wird empfohlen. Zum Beispiel: Isothiazolinone und quaternäre Ammoniumverbindungen

Einsatz von BiozidenWas tuen bei hohen Legionellenkonzentrationenim Kühlkreislauf

1. Erhöhung der Bioziddosierstöße(z.B. Erhöhung von einem Biozidstoß pro Woche auf einen Biozidstoß pro Tag)

2. Wechsel des Wirkstoffes (z.B. von Wasserstoffperoxid auf Chlordioxid oder Isothiazolinoneauf BNPD)

3. Systemreinigung mit Wasserstoffperoxid (Reinigung des Kühlsystems in Betrieb mit der Zugabe von Wasserstoffperoxid in das Kühlwasser mit einer Zielkonzentration von 0,1% bis 1% H2O2)

Desinfektion und Bekämpfung von Mikroorganismen in KühlkreisläufenBiofilmen und Mikrobiologie in Kühlkreisläufen �Biofilmen und Mikrobiologie in Kühlkreisläufen �Biofilmen und Mikrobiologie in Kühlkreisläufen �Faktoren, welche die Ausbildung von Biofilmen/Mikrobiologie in Kühlkreisläufen fördern�Faktoren, welche die Ausbildung von Biofilmen/Mikrobiologie in Kühlkreisläufen fördern�Faktoren, welche die Ausbildung von Biofilmen/Mikrobiologie in Kühlkreisläufen fördern�Faktoren, welche die Ausbildung von Biofilmen/Mikrobiologie in Kühlkreisläufen fördern�Foliennummer 9Einschränkungen durch Anhang 31 der AbwasserverordnungKühlkreislauf�Dosier- und MessstellenEinsatz von Bioziden�oxidierende BiozidecEinsatz von Bioziden�oxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�oxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�oxidierende Biozide – pH StabilitätEinsatz von Bioziden�oxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�oxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�oxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�oxidierende Biozide - AnalytikKontrolle des Einsatz von Bioziden�oxidierende Biozide - AnalytikKontrolle des Einsatz von Bioziden�oxidierende Biozide - AnalytikEinsatz von Bioziden�nichtoxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�nichtoxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�nichtoxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�nichtoxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�nichtoxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�nichtoxidierende BiozideEinsatz von Bioziden�nichtoxidierende Biozide - AnalytikKontrolle des Einsatz von Bioziden�Wichtige Hinweise aus der VDI 2047-2Einsatz von Bioziden�Was tuen bei hohen Legionellenkonzentrationen im Kühlkreislauf

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