Mikrobielles Wachstum und Biofilmbildung sind häufige Herausforderungen in verschiedenen industriellen Prozessen, insbesondere in der Lebensmittel- und Chemieindustrie. Um diese Probleme zu lösen, stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, die auf die Verbesserung der Hygiene und die Bekämpfung mikrobieller Kontamination abzielen. Zwei weit verbreitete Methoden sind der Einsatz von hypochloriger Säure (HOCl) und die Ultraschallreinigung.
Kurze Einführung in beide Methoden
Das Watter-System produziert vor Ort ein Desinfektionsmittel mit dem Wirkstoff HOCl, einem starken Oxidationsmittel. Dieses System wird häufig zur kontinuierlichen Desinfektion von Prozesswasser eingesetzt. Im Gegensatz dazu verwendet die Ultraschallreinigung Schallwellen, um Biofilme und Verunreinigungen mechanisch zu entfernen. Beide Methoden haben ihre Vorteile und Einschränkungen, abhängig vom spezifischen Einsatz und den Bedingungen. Die Ultraschallreinigung ist wie UV-C eine Point-of-Use-Methode, was bedeutet, dass sie direkt am Einsatzort angewendet wird, um mikrobiologische Kontaminationen zu bekämpfen. Beide Methoden eignen sich für spezifische Anwendungen, bei denen eine direkte und schnelle Desinfektion erforderlich ist.
Nachteil von Point-of-Use-Methoden
Ein wesentlicher Nachteil von Point-of-Use-Methoden wie UV-C und Ultraschalltechnologie ist, dass sie oft nur eine lokale und direkte Wirkung haben. Dies bedeutet, dass ihre Wirksamkeit auf den Ort der Anwendung beschränkt ist, ohne einen langfristigen Schutz vor Wiederverunreinigung im restlichen System zu bieten. Sobald Wasser oder Oberflächen wieder mit kontaminierenden Quellen in Kontakt kommen, kann das mikrobielle Wachstum schnell zurückkehren. Darüber hinaus erfordern diese Methoden häufig regelmäßige Wartungs- und Kontrollmaßnahmen, um eine optimale Wirksamkeit zu gewährleisten, was zusätzliche betriebliche Anstrengungen bedeuten kann.
Vergleich: Permanente Dosierung von HOCl vs. Ultraschall-Desinfektion
In der folgenden Tabelle haben wir einen fairen Vergleich zwischen der permanenten Dosierung von HOCl und der Ultraschallreinigung versucht.
| Kategorie | HOCl | Ultraschallreinigung |
|---|---|---|
| Wirkmechanismus | HOCl ist ein starkes Oxidationsmittel, das Bakterien, Viren, Pilze und Biofilme zerstört, indem es die Zellwände durchdringt und Proteine und Enzyme denaturiert. Es wird kontinuierlich zugegeben, um mikrobielles Wachstum zu verhindern. | Hochfrequente Schallwellen verursachen Kavitation, die mechanische Schäden an den Zellwänden von Mikroorganismen verursacht und Biofilme stören kann. Es entfernt hauptsächlich Verunreinigungen von Oberflächen, hat aber eine weniger direkte chemische Wirkung. |
| Wirksamkeit gegen Biofilm | HOCl ist wirksam gegen Biofilme, da es die schützende Matrix der Biofilme durchdringen und die Mikroorganismen zerstören kann, vorausgesetzt, es liegt in ausreichender Konzentration und Kontaktzeit vor [1]. | Ultraschallreinigung stört Biofilme mechanisch durch Kavitation, tötet jedoch nicht immer alle Mikroorganismen ab. Es kann die Biofilmstruktur aufbrechen, was andere Desinfektionsmethoden wie HOCl unterstützen kann [2]. |
| Kontinuierliche vs. periodische Behandlung | Die permanente Dosierung von HOCl sorgt für eine kontinuierliche Desinfektion von Prozesswasser, was verhindert, dass sich Mikroorganismen ansiedeln und vermehren. Dies bietet einen ständigen Schutz [3]. | Die Ultraschallreinigung ist ein periodischer Prozess, der effektiv zur Entfernung bestehender Biofilme eingesetzt wird, jedoch keinen dauerhaften Schutz vor mikrobiologischem Wachstum bietet. Eine regelmäßige Wiederholung ist erforderlich, um die Hygiene aufrechtzuerhalten [4]. |
| Sicherheit und Umweltauswirkungen | HOCl ist in niedrigen Konzentrationen sicher für Mensch, Tier und Umwelt und zersetzt sich schnell in Salz und Wasser. Niedrige Dosierungen minimieren die Bildung schädlicher Nebenprodukte wie Trihalomethane (THMs) [5]. Die In-situ-Erzeugung führt zu geringeren CO2-Emissionen und weniger gefährlichen Stoffen auf Lager. | Die Ultraschallreinigung hat keine direkten chemischen Nebenwirkungen, was sie umweltfreundlich macht. Der Prozess verbraucht jedoch Energie, und die Geräte erfordern regelmäßige Wartung, um effizient zu bleiben [6]. Da keine regelmäßige Lieferung von Chemikalien erforderlich ist, haben Sie auch hier weniger gefährliche Stoffe auf Lager. |
| Kosten und Wartung | Die Kosten der permanenten HOCl-Dosierung umfassen die Anschaffung des Systems, Kosten für Salz, Wasser und Strom sowie Service und Wartung. Die Betriebskosten für die Herstellung von 1.000 Litern Desinfektionsmittel mit dem Watter-System betragen nur 8 €, die tatsächlichen Kosten hängen jedoch von der Wasserqualität und dem benötigten Volumen ab. | Auch Ultraschallgeräte müssen zunächst angeschafft werden, aber die Betriebskosten sind niedrig, da keine Chemikalien benötigt werden. Regelmäßige Wartung ist erforderlich, um die Wirksamkeit der Geräte aufrechtzuerhalten, insbesondere bei kontinuierlichem Gebrauch [7]. |
Zusammenfassung
In Bezug auf die Umweltfreundlichkeit sind beide Methoden sehr vergleichbar. Der große Unterschied liegt hauptsächlich in der Point-of-Use-Methode der Ultraschallreinigung, die nicht das gesamte Rohrleitungssystem reinigt. Was die Wirkung betrifft, tötet HOCl den vorhandenen Biofilm und die Bakterien (sowie Pilze und Hefen), während Ultraschall den Biofilm ablöst und oft nur einen Teil der Bakterien abtötet.
Quellen:
- Douterelo, I., Sharpe, R. L., & Boxall, J. B. (2014). Biofilm formation in drinking water: a laboratory comparative study of different disinfection methods. Water Research, 65, 224-236.
- LeChevallier, M. W., & Au, K. K. (2004). Water Treatment and Pathogen Control: Process Efficiency in Achieving Safe Drinking Water. WHO Press.
- Barbot, E., et al. (2010). Application of Hypochlorous Acid to Biofilm Control: Case Study of Cooling Tower Systems. Journal of Applied Microbiology, 109(1), 30-36.
- Patil, P. N., et al. (2017). Ultrasound: A Potential Method for Biofilm Disruption. Water Research, 130, 168-180.
- Deborde, M., & von Gunten, U. (2008). Reactions of chlorine with inorganic and organic compounds during water treatment: Kinetics and mechanisms: A critical review. Water Research, 42(1-2), 13-51.
- Mason, T. J., & Peters, D. (2002). Practical Sonochemistry: Power Ultrasound Uses and Applications. Woodhead Publishing.
- Wang, H., et al. (2019). Ultrasound in the Control of Biofilm Formation: A Review. Ultrasonics Sonochemistry, 55, 103-113.
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Über den Autor
Tim van den Toorn
Tim ist einer der leitenden Mikrobiologe bei Watter, spezialisiert auf die Anwendung von Desinfektionssystemen für Prozesswasser und Oberflächendesinfektion in verschiedenen Branchen. Er arbeitet eng mit Unternehmen zusammen, um das Watter-System zu implementieren und neue, kundenspezifische Anwendungen zu entwickeln. Dabei gewährleistet er unter anderem die optimale Prozesswasserqualität, keimfreie Oberflächen und verbesserte Nachhaltigkeit. Tims Fachwissen und Beratung sind ein maßgeblicher Bestandteil bei der Weiterentwicklung von Industriestandards sowie der Förderung sicherer Desinfektionsmethoden, was sich perfekt in das Engagement von Watter einfügt: Innovative Lösungen.