DE69203992T2

DE69203992T2 - Zusammensetzung und verfahren zur entfernung oder vermeidung von biobelag.

Info

Publication number: DE69203992T2
Application number: DE69203992T
Authority: DE
Inventors: C. George Germantown Tn 38138 Hollis; Percy A. Germantown Tn 38138 Jaquess; John P. Germantown Tn 38138 Terry
Original assignee: Buckman Laboratories International Inc
Current assignee: Buckman Laboratories International Inc
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1992-02-11
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: NO923934L; CA2080373A1; US5411666A; AU648881B2; FI924013A0; NO923934D0; BR9204122A; ES2078738T3; CA2080373C; DE69203992D1; GR3017935T3; EP0525166A1; NO303980B1; EP0525166B1; JPH05507441A; FI105675B; WO1992013807A1; DK0525166T3; FI924013A; AU1370292A

Description

Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet

Biologischer Bewuchs auf Oberflächen ist ein ernsthaftes ökonomisches Problem bei vielen kommerziellen und industriellen, wäßrigen Verfahrens- und Wasserbehandlungs- Systemen. Der Bewuchs wird durch eine Biomasse, welche die Ausbildung von Mikroorganismen und/oder extracellulären Substanzen ist, und durch Schmutz oder Abfall, der in der Biomasse eingeschlossen wird, bewirkt. Bakterien, Pilze, Hefen, Diatomeen und Protozoen sind einige der Organismen, welche die Ausbildung einer Biomasse bewirken. Wenn er nicht kontrolliert wird, kann der durch diese Organismen bewirkte Biobewuchs Verfahrensgänge beeinträchtigen, die Effizienz von Verfahren erniedrigen, Energie verschwenden und die Produktqualität vermindern.
In Stromerzeugungsanlagen, Raffinerien, Chemiewerken, Klimaanlagen und anderen kommerziellen und industriellen Arbeitsgängen verwendete Kühlwassersysteme stoßen häufig auf Biobelagprobleme. Biobelag ist die Ausbildung von Schichten von Organismen. Kühlwassersysteme sind üblicherweise sowohl mit in der Luft schwebenden, durch Luft/Wasser-Kontakt in Kühltürmen mitgeführten Organismen als auch mit in Wasser schwebenden Organismen aus der Wasserversorgung zur Nachspeisung des Systems verunreinigt. Das Wasser in solchen Systemen ist im allgemeinen ein ausgezeichnetes Wachstumsmedium für diese Organismen. Wenn er nicht kontrolliert wird, kann der aus solch einem Wachstum resultierende Biobelag-Biobewuchs Türme und Blockpipelines verstopfen sowie Wärmeübertragungs-Oberflächen mit Schleimschichten überziehen und somit einen ordnungsgemäßen Betrieb verhindern sowie die Effizienz der Vorrichtung vermindern.
Industrielle Verfahren, die Gegenstand von Problemen mit Biobewuchs sind, umfassen die für die Hestellung von Pulpe, Papier, Pappe und Textilien, insbesondere in Wasser liegenden Faservliesen, verwendeten. Z.B. verarbeiten Papiermaschinen sehr große Volumina von Wasser in Kreislaufsystemen, genannt "Rückwassersysteme". Das Rückwasser enthält eine Pulpendispersion. Die Beschickung einer Papiermaschine enthält üblicherweise nur etwa 0,5 % faserige und nichtfaserige, Papier ergebende Feststoffe, d.h. für jede Tonne Papier laufen fast 200 Tonnen Wasser durch die Papiermaschine, wobei das meiste in dem Rückwassersystem zurückgeführt wird.
Diese Wassersysteme schaffen ein ausgezeichnetes Wachstumsmedium für Mikroorganismen, das die Bildung von mikrobiellem Schleim in Stoffaufläufen, Wasserlinien und der Papierherstellungs-Ausrüstung ergeben kann. Solche Schleimmassen können nicht nur die Flüsse von Wasser und Papierbrei beeinträchtigen, sondern können sowohl Flecken oder Löcher in dem Papier als auch teure Unterbrechungen beim Betrieb der Papiermaschinen bewirkende Gewebebrüche bewirken, wenn sie losbrechen.

Hintergrund des Fachgebiets

Die Kontrolle von mikrobieller Aktivität war traditionell die Augabe von toxischen Chemikalien. Kontrollverfahren mit toxischen Chemikalien sind im Stand der Technik gut vertreten. Die U.S.-Patente 3,959,328, 4,054,542 und 4,285,765 sind beispielhaft für die Verfahren, die auf dem Abtöten der störenden Mikroorganismen mit toxischen Chemikalien beruhen. Solchen Verfahren wurde der Großteil des im Stand der Technik wiedergegebenen Forschungsaufwands zuteil, wegen der Logik des Beseitigens des Problems durch Beseitigen des störenden Organismus und wegen der großen Zahl von organischen und anorganischen Chemikalien, die Mikroorganismen abtöten.
Es gibt gewisse Nachteile der Verwendung von toxischen Chemikalien. Die meisten dieser für Mikroorganismen toxischen Chemikalien sind auch für höhere Lebensformen bis zu und einschließlich Menschen toxisch. Die negativen Wirkungen dieser Chemikalien auf die Umwelt der Erde und die Nahrungskette sind gut dokumentiert. So wird jedes Verfahren zur Kontrolle von Mikroorganismen mit toxischen Chemikalien einigen Einfluß auf den Rest der Population von höheren Lebensformen haben.
Die Wirkung von toxischen Chemikalien ist weiterhin durch des Organismus eigene, natürliche Abwehrmechanismen eingeschränkt. Planktonische oder frei schwimmende Organismen werden durch die meisten zur Kontrolle von Mikroorganismen verwendeten chemischen Mittel leicht abgetötet. Aber festsitzende oder gebundene, auf Systemoberflächen befindliche Organismen sind durch eine Polysaccharidhülle geschützt und haben einigen Erfolg beim Abwehren der Wirkung von Umweltgiften. Daher kann gut eine erhöhte Toxindosis erforderlich sein, um den durch die Polysaccharid-Hülle geschaffenen Schutz zu überwinden.
Verschiedene Versuche, die negativen Wirkungen von biologischer Aktivität zu kontrollieren, vermeiden entweder die Verwendung von toxischen Chemikalien oder mildern deren Verwendung des Einflusses auf die Umwelt ab. Z.B. offenbaren die U.S.-Patente 3,773,623 und 3,834,184, beide von Matcher et al., die Verwendung des Enzyms Levanhydrolase zur Kontrolle der Bildung von bakteriellem Schleim in industriellen Wassersystemen.
Das U.S.-Patent 4,055,467 von Christensen offenbart ein Verfahren zur Verhinderung der Ablagerung von Schleimen auf mit industriellen Prozesswassern in Kontakt stehenden, festen Oberflächen durch Verwendung des kommerziellen Produkts Rhozyme HP 150, welches das Enzym Pentosanase- Hexosanase ist. Dieses Verfahren verhindert die Ausbildung von planktonischen Organismen auf den festsitzenden Schichten von Organismen, die dann eine Polysaccharid-Außenschicht absondern können. Rhozyme HP 150 ist jedoch nicht dafür etwickelt, die bereits angehäuften Schleimschichten, die durch die Polysaccharid-Hülle geschützt sind, anzugreifen. Diese Polysaccharide vermindern das Ausmaß des Eindringens des Enzyms in die Bakterienmasse.
Eine Kombination von Enzym und Tensid wurde viele Jahre im Gebiet der Gewebereinigung und Fleckentfernung verwendet. Das U.S.-Patent 3,519,379 von Blomeyer et al. offenbart ein Einweich- und Waschverfahren, bei dem ein proteolytisches Enzym und eine Peroxyverbindung zusammen mit einem organischen Detergens und einem alkalischen Aufbaustoff verwendet werden, um eine bessere Fleckentfernung zu erreichen. Das U.S.-Patent 3,985,686 von Barrat offenbart eine enzymatische Detergenszusammensetzung, die unter anderem kationische und anionische Tenside sowie Enzyme, insbesondere Proteasen, enthält.
Blomeyer et al. und Barrat befassen sich mit der Entfernung von hydrophobem Schmutz und hydrophoben Flecken. Wenn auch der Schmutz und die Flecken organisch sind, haben sie nicht direkt biologischen Ursprung und befinden sich nicht in der industriellen Wassersystemumgebung. Schmutz- und Flecktechnologie beruhen in einigem Umfang auf der Verwendung einer oxidierenden Verbindung zum Entfernen des organischen Materials. Oxidierende Verbindungen, die zum Erreichen einer ordnungsgemäßen Kontrolle bei industriellen Wassersystemen verwendet wurden, umfassen Chlor oder ein Chlorderivat oder -ersatz.
Es gibt Verweise in der technischen Literatur auf die Verwendung der Kombination von Enzymen und oberflächenaktiven Materialien, um das Wachstum von Biobelag auf der zur Reinigung von Wasser verwendeten reversen Osmosemembran zu kontrollieren (Argo, David G. et al., Aqua Sci. Tech. Rev., "Biological Fouling of Reverse Osmosis Membranes", Bd. 6, 1982, S. 481-491; Whittaker, C. et al., Applied and Environmental Microbiology, "Evaluation of Cleaning Strategies for Removal of Biofilms from Reverse-Osmosis Membranes", Bd. 48(2), Aug. 1984, S. 395-403). Die Membranen sind poröse Strukturen aus Celluloseacetat.
Die einzige Spezies von Mikroorganismen, die jedoch von Argo et al. gefunden und in der späteren Studie von Whittaker et al. als 95 % Mycobacterium identifiziert wurde, ist von den Spezies verschieden, die auf Substraten in industriellen Systemen am meisten vorherrschen. Der biologische Grund für diesen Unterschied ist, daß das Celluloseacetat-Substrat in einer spiralgewundenen, reversen Osmosemembran empfänglicher für Mycobacterium als für die allgemeine Klasse von in industriellen Systemen gefundenen, bakteriellen Organismen ist.
Die im Stand der Technik studierte Umgebung war daher sehr verschieden von der in den meisten industriellen Systemen gefundenen Umgebung, die eine gemische Mikroflora produzieren wurde. In der Tat offenbart die Internationale Anmeldung Nummer WO 90/02794 von Novo-Nordisk, daß ein Enzym, das für ein spezifisches Polysaccharid erforderlich ist, spezifisch für den Organismus ist.
Weiterhin bemerkten Whittaker et al. eine ausgeprägte Abnahme der Wirksamkeit ihrer Behandlungsprogramme mit dem zunehmenden Alter der Mikroflora-Population. Dies bedeutet, daß die Organismen der Behandlung wirksamer widerstehen können, wenn ihre Anzahlen ansteigen.
Argo et al. offenbaren, daß mit Chlor behandelte Systeme mit dem Enzymprogramm effektiver behandelt wurden. Whittaker et al. beobachteten, daß die Verwendung eines kommerziellen, bestimmte Enzyme, oberflächenaktive Verbindungen und Bleichmittel enthaltenden Reinigungsprodukts von den getesteten am effektivsten beim Kontrollieren von Biobelag war. Whittaker et al. bemerken jedoch auch, daß keine Behandlung oder Kombination von Behandlungen vollständig wirksam oder auf allen Stufen von Biobelagentwicklung wirksam war. Argo weist zusätzlich darauf hin, daß kein getesteter Reiniger durchweg allen Biobelag von allen Membranen entfernt.
Das U.S.-Patent 4,936,994 von Wiatr offenbart ein Verfahren zum Entfernen von Schleim von mit Schleim Überzogenen Oberflächen von Kühltürmen mit einer Enzymzubereitung, welche die Aktivitäten von Cellulase, alpha-Amylase und Protease kombiniert. Wiatr verlangt die Kombination der drei Enzyme und legt in Spalte 3, Zeilen 41-44, dar, daß keines der Enzyme allein genug Schleim entfernen würde, um effektiv zu sein.
Das U.S.-Patent 4,684,469 von Pedersen et al. und das U.S.- Patent 4,370,199 von Orndorff offenbaren beide Verfahren zum Kontrollieren von Biobelag mit einem enzymkatalysierten Biozid. Diese Verfahren lassen nicht die Verwendung eines toxischen Wirkstoffs weg, sondern verwenden den Enzymbestandteil nur zum Verbessern der Wirkungsweise einer toxischen Chemikalie.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stoffzusammensetzung und ein Verfahren zum Entfernen einer Biomasse von Biobelag von einem festen Substrat oder zum Verhindern der Ausbildung einer Biomasse oder eines Biobelags auf einem festen Substrat, insbesondere einer komplexen Biomasse von Biobelag (im folgenden umfaßt der Ausdruck "Biobelag" sowohl Biomasse als auch Biobelag), in Wassersystemen ohne Erfordernis der Verwendung von Chemikalien, die für Menschen, Fische oder auch die schleimbildenden, für das Biobewuchs-Problem verantwortlichen Mikroorganismen toxisch sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in Kombination mit solchen Chemikalien verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Kombination von mindestens zwei biologisch hergestellten Enzymen und mindestens einem Tensid (Benetzungsmittel), insbesondere anionischen Tensid, in einer zum Zerstören des den Biobelag, insbesondere einen komplexen Biobelag, verbindenden Polysaccharidmaterials wirksamen Menge. Das erfinderische Verfahren kann die einzelnen, den Belag aufbauenden Organismen freisetzen und es gestatten, diese abzuwaschen, um so mehr Polysaccharid und mehr Mikroorganismen dem Verfahren auszusetzen. Somit kann das Verfahren sowohl die Dicke der Ablagerung vermindern als auch die Bildung einer Ablagerung verhindern.
Die Erfinder haben auch festgestellt, daß durch Zugeben eines Tensids für Eindring- und Verteilzwecke die Duchfuhrung der Erfindung verbessert werden kann und die Formulierung über einen breiteren Bereich von Bedingungen wirksamer sein kann. Insbesondere kann die Erfindung sowohl bei alkalischen als auch bei sauren pH-Niveaus durchgeführt werden. Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Arten von Tensiden können anionische und nichtionische Tenside, vorzugsweise anionische Tenside, umfassen.
Die Erfinder haben insbesondere hochbevorzugte Kombinationen von biologisch hergestellten Enzymen zur chemischen Reaktion mit und Zerstörung von Polysacchariden herausgefunden, die für die Arten von Organismen spezifisch sind, welche die Probleme der verzögerten Wärmeübertragung und des Verstopfens in industriellen Systemen erzeugen. Zusätzlich haben die Erfinder hochbevorzugte Tenside herausgefunden, die hoch wirksam beim Durchdringen der Schutzschicht um die die Probleme in industriellen Systemen bewirkenden Organismen sind.
Die vorliegende Erfindung kann zwischen den mikrobiellen Ökologien von planktonischen Organismen und festsitzenden Organismen unterscheiden. Es ist bekannt, daß die freie Energie einer gegebenen Oberfläche bestimmt, welche lebenden Organismen sich an diese Oberfläche anlagern. Metalle wie Stahl und Kupfer, Glas, Porzellan oder andere glatte, harte Oberflächen fördern selektiv die Entwicklung von fundamental anderen Organismen als weiche Kunststoff- oder Polymeroberflächen (Fletcher, Madilyn et al., Applied and Environmental Microbiology, "Influence of Substratum Characteristics on the Attachment of a Marine Pseudomonad to Solid Surfaces", Jan. 1989, S. 67-72). Die Erfinder haben verschiedene, aus gegenwärtigen wäßrigen Systemen erhaltene Arten von Bakterien untersucht, um zu bestimmen, welche Bakterien auf einer gegebenen Oberfläche vorliegen.
Die Erfinder verwendeten insbesondere ein Versuchsprotokoll mit einer gemischten mikrobiellen Population, die repräsentativ für ein realistisches, komplexes, gegen chemische Zersetzungsstrategien hoch widerstandsfähiges Ökosystem sind. Die Organismen wurden in der Tat von aktuellen Problemsituationen losgelöst, um eine bessere Messung des Effekts der Biobelagmilderung bei industriellen Wassersystemen zu schaffen. Somit ist die vorliegende Erfindung dazu bestimmt, die für die Biobelag-Entwicklung verantwortlichen Zielorganismen richtig zu diagnostizieren und die diese spezifischen Arten von Organismen schützenden, polymeren Bindungsmittel chemisch anzugreifen. Solche Mikroorganismen umfassen Bakterien einschließlich blaugrüne Formen.
Richtige Kombinationen von Enzymen fur industrielle Systeme erfordern Aufmerksamkeit für die Art von Organismen, die typischerweise in bestimmten industriellen Systemen unangenehm sind. Besondere Aufmerksamkeit wird den Arten von Organismen geschenkt, die bei zur Hestellung von Wärmeübertragungs-Oberflächen verwendeten Materialien, z.B. Glas, Kunststoff und Metall wie Edelstahl, Weichstahl, Kupferlegierungen und dergleichen unangenehm sind.
Somit kann die vorliegende Erfindung ein ausgeklügeltes System von biologischen Enzymen und Tensiden schaffen, das wirklich das Wachstum von komplexen biologischen Belägen auf harten Oberflächen kontrollieren und lebende Organismen von dem Belag entfernen kann.
Vorteilhafterweise kann die vorliegende Erfindung unabhängig vom Alter der Population wirksam Organismen entfernen. Dies ist von besonderer Bedeutung in Systemen, bei denen die Entwicklung von neuem Wachstum von Mikroorganismen konstant fortschreitet und bei dem die Folge davon, es zu unterlassen, sich früh genug angemessen einem Problem zuzuwenden, einen sehr wichtigen ökonomischen Einfluß auf das Systemverhalten haben kann.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Verträglichkeit des Enzymsystems mit bekannten Entfernungsverfahren, welche die Verfahren einschließen, die ein Oxidationsmittel wie Chlor, Brom, Peroxid oder Ozon verwenden. Vorteilhafterweise erfordert die vorliegende Erfindung jedoch zum Funktionieren nicht die Gegenwart der Chemikalien des Standes der Technik.
Schließlich haben die Erfinder festgestellt, daß Cellulase bei den Organismen des Versuchsprotokolls unwirksam war.

Beste Weise zur Durchführung der Erfindung

Die Erfinder haben Verfahren und Zusammensetzungen zum Entfernen von angehäuften Schichten festsitzender Mikroorganismen und/oder Verhindern einer Ausbildung von festsitzenden Mikroorganismen auffesten Substraten in einem industriellen Wassersystem herausgefunden. Das Wassersystem wird in Kontakt gebracht, vorzugsweise durchspült, mit (1) mindestens einer sauren Protease oder alkalischen Protease, (2) mindestens einer Glucoamylase oder alpha-Amylase und (3) mindestens einem Tensid, wobei die Kombination von (1), (2) und (3), vorzugsweise in Form einer Wasserlösung, die festsitzenden Mikroorganismen, vorzugsweise Bakterien, umgebendes Polysaccharidmaterial zerstören kann.
Die saure Protease oder Glucoamylase kann von Aspergillus niger abgeleitet sein. Die alkalische Protease oder alpha- Amylase kann von Bacillus subtilis abgeleitet sein. Weiterhin kann die saure oder alkalische Protease vom Ananasstamm abgeleitet sein.
Typische saure oder alkalische Proteasen, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, umfassen Endopeptidasen, und Zusammensetzungen, die solche Endopeptidasen enthalten, sind neu.
Das kommerzielle HT-PROTEOLYTIC-L-175-Produkt von Solvay Enzyme Products Incorporated ist ein Beispiel einer alkalischen Protease, und seine Aktivität wurde sowohl in schwach sauren als auch alkalischen Biobelaglösungen gezeigt.
Ein anderer Enzymbestandteil umfaßt die Glucoamylasen und alpha-Amylasen. Das kommerzielle DIAZYME L-200-Produkt von Solvay Enzyme Products Incorporated ist ein Beispiel einer Glucoamylase. Seine Aktivität wurde sowohl in sauren als auch schwach alkalischen Biobelaglösungen gezeigt.
DIAZYME L-200 wurde nach American Chemical Society Standards die chemische Bezeichnung 1,4-alpha-D-Glucan-Glucohydrolase gegeben, um seine beobachtete allgemeine Aktivität zu beschreiben. Hydrolasen katalysieren eine Hydrolyse einschließende Reaktionen.
Glucohydrolase zeigt an, daß angegriffene spezifische Substrate vom Polysaccharid- oder Oligosaccharid-Substrattyp sind, wobei die Art der angegriffenen Bindung die glycosidische Hydrolyse ist. Glucoamylase-Aktivität zeigt an, daß die Hydrolyse auf die durch glycosidische Bindungen verbundenen Stärkereste innerhalb eines komplexen Polysaccharids gerichtet ist.
Bei der Aktivität ist die Glucohydrolase-Aktivität auf die alpha-D-1,6-glycosidischen und alpha-D-1,4-glycosidischen Bindungen gerichtet. Es trifft sich, daß sowohl Stärke, Dextrine, Amylopectin und andere Oligosaccharide als auch Polysaccharide aus diesen Bindungen bestehen; daher wird dort, wo das Monosccharid, Glucose, innerhalb größerer Polysaccharid- oder Oligosaccharid-Reste vorkommt, in all diesen Fällen Glucose freigesetzt. Folglich zeigen Glucoamylase und Glucohydrolase Glucosefreisetzung durch Hydrolyse an.
Eine bevorzugte Kombination von Enzymen ist HT-PROTEOLYTIC- L-175 und DIAZYME L-200.
Das Tensid kann z.B. anionisch oder nichtionisch, vorzugsweise anionisch, sein. Beispiele von in der vorliegenden Erfindung verwendbaren, anionischen Tensiden sind Ether-alkohol-sulfate und Alkylaryl-sulfonate, z.B. Dodecylbenzolsulfonsäure.
Die Kombination von Enzymen und mindestens einem Tensid gemäß der vorliegenden Erfindung kann entweder zusammen oder getrennt in Zuführungsmengen, die vorzugsweise von 1 Teil pro Million Teile des zu behandelnden Wassers bis 100 Teile pro Million Teile des zu behandelnden Wassers variieren, dem Wassersystem zugeführt werden. Das Verhältnis zwischen den einzelnen Bestandteilen kann vorzugsweise zwischen 10 % Tensid und 90 % kombiniertem Enzym und 10 % kombiniertem Enzym und 90 % Tensid variieren. Das Verhältnis zwischen dem mindestens einen Protease-Enzym und dem mindestens einen Glucomamylase- oder alpha-Amylase-Enzym kann vorzugsweise von 10:1 bis 1:10 variieren.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist eine Kombination von gleichen Anteilen der drei Bestandteile (1) mindestens eine saure Protease oder alkalische Protease, (2) mindestens eine Glucoamylase oder alpha-Amylase und (3) mindestens ein Tensid, vorzugsweise anionisch. Somit wird eine Zuführungslösung vorzugsweise in einer üblichen Zuführungskonzentration, die gleiche Dosen von jedem der drei Bestandteile enthält, hergestellt.
Diese besonders bevorzugte Zuführungslösung wird dem zu behandelnden Wasser zugegeben, so daß jeder Bestandteil eine Konzentration in dem zu behandelnden Wasser von etwa 20 Teilen pro Million Teile des zu behandelnden Wassers erreicht. Bei dieser Konzentration kann die Lösung die Biobelagschicht innerhalb eines Zeitraums von 2-3 Stunden wesentlich vermindern. Es können geringere Konzentrationen von Additiven verwendet werden, um das gleiche Ergebnis zu erreichen, aber der Zeitraum des Ausgesetztseins des Biobelags ist länger. Umgekehrt kann die Biobelagschicht schneller abnehmen, wenn die Konzentration des Enzymgemisches höher ist.
Wesentliche Unterschiede in der Durchführung wurden bei einigen der Enzyme festgestellt, wenn der System-pH um weniger als eine pH-Einheit über die Neutralgrenze hinweg geändert wurde. Manchmal waren verschiedene Enzyme erforderlich, um eine gute Kontrolle des Biobelags zu erreichen. Versehen mit der Offenbarung der Beschreibung kann ein Fachmann leicht geeignete Enzyme/Tensid- Kombinationen zum Behandeln eines bestimmten Biobelags herausfinden.

BEISPIELE

Schleimbildende Mikroorganismen wurden aus einem Papiermühlen-Wassersystem erhalten. Diese Mikroorganismen wurden als die Bakterienarten PSEUDOMONAS AERUGINOSA, KLEBSIELLA OXYTOCA und ENTEROBACTER CLOACAE identifiziert. Diese Bakterien produzieren sowohl einzeln als auch in Kombination innerhalb 18-24 Stunden viskose, haftende Schleimbeläge auf Oberflächen, wenn sie in einer unterstützenden Nährmittelumgebung gezüchtet wurden. Künstliche Züchtungsmedien wurden entwickelt, die das Wachstum und die Schleimproduktion durch diese Bakterienarten sowohl in schwach sauren als auch in schwach alkalischen Lösungsbedingungen unterstützen. Diese Züchtungsmedien hatten die folgenden Formulierungen: ALKALISCHES ZÜCHTUNGSMEDIUM TABELLE 1 BESTANDTEIL MG FESTSTOFF/LITER CELLULOSEFEINGUT CALCIUMCARBONAT LÖSLICHE KARTOFFELSTÄRKE MONOKALIUMPHOSPHAT DIKALIUMPHOSPHAT AMMONIUMNITRAT MAGNESIUMSULFAT NAHRSTOFFLÖSUNG (VON DIFCO LABS) GESAMTFESTSTOFF/LTTER AUSGLEICHSWASSER pH TABELLE 2 SAURES ZÜCHTUNGSMEDIUM BESTANDTEIL MG FESTSTOFF/LITER CELLULOSEFEINGUT CALCIUMCHLORID KAOLIN TITANDIOXID LÖSLICHE KARTOFFELSTARKE MONOKALIUMPHOSPHAT DIKALIUMPHOSPHAT AMMONIUMPHOSPHAT MAGNESIUMSULFAT NAHRSTOFFLÖSUNG (VON DIFCO LABS) GESAMTFESTSTOFF/LITER AUSGLEICHSWASSER pH
Diese Züchtungsmedien wurden in einem Autoklaven sterilisiert. Nach dem Abkühlen wurden diese Züchtungslösungen in einem Volumen von etwa 200 ml in sterile 250 ml-Erlenmeyerkolben gegossen. Vorsterilisierte Glasobjektträger mit Dimensionen von etwa 1 × 3 in. wurden in jeden sterilen Kolben aseptisch eingetaucht. Die vorne erwähnten Bakterienarten wurden getrennt in diesen Nährstofflösungen gezüchtet und jede wurde in 0,1 ml zu den sterilen Kolbenlösungen gegeben. Beimpfte Lösungen wurden wurden dann 18-24 Stunden bei etwa 35ºC inkubiert. Es wurden innerhalb der Inkubationszeit von 18-24 Stunden auf den Glasobjekträger-Oberflächen ausgezeichnete, einheitliche, bakterielle Schleimbeläge hergestellt.
Sichtbare, physische Anwesenheit des Biobelags wurde durch Verwendung eines künstlichen Elektronenakzeptors 2-(p- Iodphenyl)-3-(p-nitrophenyl)-5-phenyltetrazolium-chlorid (INT-Farbstoff) offenbar gemacht. Dieser Farbstoff färbt einheitliche Biobeläge innerhalb von Minuten tiefrot. Der Nachweis von Biobelag war innerhalb von Minuten sichtbar. In Gegenwart solcher Biobeläge wurde ein stabiles, gefärbtes Formazanprodukt gebildet, das nicht leicht durch Mittel der normalen Behandlung von der Glasoberfläche entfernt werden kann. Dieses Verfahren wurde verwendet, um die Effektivität von chemischer Behandlung zum Entfernen von Biobelag zu bestimmen.
Die folgenden Daten wurden unter Verwendung dieses bakteriellen Biobelagmodells erzeugt. Grade der Vortrefflichkeit bei der Biobelag-Destabilisierung und -Entfernung wurden visuell mit einem Bewertungssystem bestimmt, das den ungefähren Prozentsatz des nach der Behandlung zurückbleibenden Biobelags im Vergleich mit Kontrollen wiedergibt. Biobelaganhaftung wurde nach der Menge des reagierten, auf Glasoberflächen vorliegenden "INT"-Tetrazoliums im Vergleich zu Kontrollen eingestuft.

LEGENDE ZUR BEWERTUNG DER GLASOBJEKTTRÄGER-BEHANDLUNGEN:

Biobelaganhaftung an Glasoberflächen wurde wie folgt bewertet:
wobei: 0 = kein merklicher, sichtbarer Biobelag vorliegend.
1 = 10 % der Objekträger-Oberfläche sichtbar mit "INT-Farbstoff" bedeckt.
2 = 20-40 % der Oberfläche sichtbar mit "INT-Farbstoff" bedeckt.
3 = 40-60 % der Oberfläche sichtbar mit "INT-Farbstoff" bedeckt.
4 = 60-80 % der Oberfläche sichtbar mit "INT-Farbstoff" bedeckt.
5 = 80-100 % der Oberfläche sichtbar mit "INT-Farbstoff" bedeckt.
Am Anfang jedes Experiments waren die ganzen Glasoberflächen mit Biobelag bedeckt. Die endgültige Bewertung gibt die zurückbleibende oder während der stationären Behandlung "nicht entfernte" Menge an Biobelag wieder. Folglich wurden Behandlungen, die Bewertungen von 2 oder 1 erreichten, als sehr erfolgreiche Biobelag-Milderungs-Behandlungen angesehen.
Die Kontaktzeiten betrugen etwa 18 Stunden, wenn nicht anders angegeben. Züchtungsmedien hatten entweder pH 6,6 (schwach sauer) oder 7,4 (schwach alkalisch). Es wurden stationäre Bedingungen aufrechterhalten, die Fließturbulenz als einen bei der Biobelagentfernung beteiligten Faktor beseitigen. BEISPIEL 1 PROBENBEHANDLUNG SAURE LÖSUNG BIOBELAG ALKALISCHE LÖSUNG BIOBELAG KONTROLLE TRYPSIN PROTEASE (STREPTOMYCES) INVERTASE (HEFE) TENASE L-34 TENASE L-1200 BURCOTASE AL-25 ALCALASE DX HT-PROTEOLYTIC-L-175 AMYLOGLUCOSIDASE MILEZYME APL 440 MAXTASE LS 400,000 MAXTASE ML 320.000 MAXAMYL WL 7000 MAXACAL L 300.000 MILEZYME AFP 2000 BROMOLAIN 1:10 DIAZYME L-200 BEISPIEL 2 PROBENBEHANDLUNG SAURE LÖSUNG BIOBELAG ALKALISCHE LÖSUNG BIOBELAG KONTROLLE CETYLPYRIDINIUM-CHLORID HEXADECYLTRIMETHYLAMMONIUMBROMID BENZETHONIUM-CHLORID CHAPS LUBROL PX TRITON X-100 ALGINSÄURE N-LAUROYLSARCOSIN 1-DECANSULFONSÄURE NATRIUMDODECYLSULFAT DODECYLBENZOLSULFONSÄURE BEISPIEL 3 PROBENBEHANDLUNG SAURE LÖSUNG BIOBELAG ALKALISCHE LÖSUNG BIOBELAG KONTROLLE DODECYLBENZOLSULFONSÄURE + HT-PROTEOLYTIC-L-175 DODECYLBENZOLSULFONSAURE + AMYLOGLUCOSIDASE NATRIUMDODECYLSULFAT + HT-PROTEOLYTIC-L-175 NATRIUMDODECYLSULFAT + AMYLOGLUCOSIDASE DODECYLBENZOLSULFONSAURE + DIAZYME L-200 NATRIUMDODECYLSULFAT + DIAZYME L-200 BEISPIEL 4 HALBGEREINIGTES KONZENTRAT (ROH) GLUCOAMYLASE ALS 1,4-ALPHAD-GLUCAN-GLUCOHYDROLASE LEGENDE: (< 10%) BEDEUTET WENIGER ALS 10 % DER KONTROLLEN BLIEBEN ZU DIESEM ZEITPUNKT ALS BEOBACHTBARER BIOBELAG ZURÜCK BEISPIEL 5 HALBGEREINIGTES KONZENTRAT (ROH) HT-PROTEOLYTIC-L-175 BAKTERIELLE PROTEASE BEISPIEL 6 BIOBELAG-MILDERUNG MIT BIOLOGISCHEN ANIONISCHEN TENSIDEN NATRIUMDODECYLSULFAT DODECYLBENZOLSULFONSAURE BEISPIEL 7 KOMBINATION VON DODECYLIBENZOLSULFON + GLUCOHYDROLASE + HT-PROTEOLYTIC-L-175 BAKTERIELLE PROTEASE LEGENDE: (%) DER KONTROLLEN; WOBEI (A) - DODECYLBENZOLSULFON = GLUCOHYDROLASE (C) = HT-PROTEOLYTIC-L-175
In Beispiel 1 wurde eine breite Vielfalt von Enzymen als Behandlungen verwendet, die eine gleich breite Antwort in den Ergebnissen produzierten. Nicht alle Arten von Enzymen waren als Schleimdestabilisatoren wirksam. Z.B. übertrafen HT-PROTEOLYTIC-L-175, AMYLOGLUCOSIDASE, MILEZYME APL 440, MILENZYME AFP 2000, BROMOLAIN 1:10, DIAZYME L-200, TENASE L- 340 und TENASE L-1200 alle anderen Enzymbehandlungen als Milderungsmittel für haftenden Schleim in Biobelag von saurer Lösung. Bemerkenswert war die Tatsache, daß TENASE L- 340 und TENASE L-1200 ihre Aktivität in alkalischer Lösung verloren.
Somit zeigten sechs von den achtzehn in Beispiel 1 getesteten Enzymen sehr ausgezeichnete Biobelag-Milderungs- Eigenschaften (1 oder 2) sowohl in schwach saurem als auch in schwach alkalischem Schleim. Unter diesen sechs Enzymen sind MILEZYME AFP 2000, BROMOLAIN 1:10 und HT-PROTEOLYTIC-L- 175 Proteasen, welche die Eigenschaft teilen, daß sie die inneren Peptidbindungen von Proteinen hydrolysieren können. Alle drei weisen eine breite Substratspezifität auf und bleiben in einem variablen pH-Bereich aktiv. AMYLOGLUCOSIDASE und DIAZYME L-200 (eine Art Glucoamylase) sind Enzyme, die sowohl die linearen als auch die verzweigten glucosidischen Bindungen von Stärke und Oligosacchariden hydrolysieren können, wobei im wesentlichen quantitative Ausbeuten von Glucose resultieren. Diese Enzyme katalysieren die Hydrolyse sowohl der alpha-D-1,6- glucosidischen Verzweigungsstellen als auch der vorherrschenden linearen alpha-D-1,4-glucosidischen Bindungen.
Bei diesen enzymatischen Behandlungen wurde keine bakterizide Aktivität beobachtet. Bei jedem dieser jeweiligen enzymatischen Behandlungen zeigte jedoch verglichen mit Kontrollen nur 10 % der Oberfläche einen haftenden Biobelag. (Mit Ausnahme von HT-PROTEOLYTIC-175, das 20-40 % der Oberfläche in der alkalischen Lösung zeigte.)
Beispiel 2 zeigt, daß unter einem Querschnitt von Detergentien nur wenige der anionischen Tenside die Fähigkeit zur Entfernung von stationärem Biobelag unter sowohl schwach sauren als auch schwach alkalischen Bedingungen zeigten. NATRIUMDODECYLSULFAT und DODECYLBENZOLSULFONSÄURE gestatteten nur 10 % des Biobelags, auf der Glasobjektträger-Oberfläche zurückzubleiben. Durch Verwendung der Platten-Zahl-Agar-Auszählung wurde beobachtet, daß diese anionischen Tenside keine bakterizide Wirkung entwickelten.
Beispiel 3 zeigt, daß mit verschiedenen Kombinationen von Enzymen und Tensiden eine vollständige Entfernung von Biobelag der sauren Lösung und alkalischen Lösung beobachtet wurde (mit der Ausnahme von NATRIUMDODECYLSULFAT mit entweder HT-PROTEOLYTIC-L-175 oder AMYLOGLUCOSIDASE). Es gab einen klaren Anhaltspunkt dafür, daß die Kombination von spezifischen Enzymen und spezifischen Tensiden bei der Belagentfernung besser ist als jedes allein.
Beispiel 4 und 5 zeigen, daß 50 ppm sowohl von GLUCOAMYLASE als auch HT-PROTEOLYTIC-L-175-PROTEASE in 18 Stunden 90 % oder mehr Biobelagentfernung erreichen können. Ebenso entfernten wie in Beispiel 6 gezeigt sowohl NATRIUMDODECYLSULFAT als auch DODECYLBENZOLSULFONSAURE bei 50 ppm in 18 Stunden alles bis auf 10 % des Biobelags. Beispiel 7 zeigt jedoch, daß 10 ppm jedes aktiven Enzyms und DODECYLBENZOLSULFONSÄURE bei 10 ppm durchweg mindestens 90 % Entfernung des Belags in nur 4 Stunden hervorriefen.

BIOBELAGENTFERNUNG UNTER WÄRMEÜBERTRAGUNGS-BEDINGUNGEN

Zur Bestimmung der Wirkung eines biologischen Kontrollverfahrens in einem industriellen Wärmeaustauscher wurden geeignete Mikroorganismen in einem Warmeaustauschrohr gezüchtet und ihre Wirkung auf einige Eigenschaften des Systems wie Druckabfall oder Wärmedurchgangskoeffizient gemessen.
Eine Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen des Druckabfalls ist in Figur 1 schematisch gezeigt. Eine peristaltische Pumpe 2 führt vom Reservoir 1 eine Nährstofflösung heran und eine peristaltische Pumpe 5 fÜhrt ein Biobelag- Kontrollmittel 4 einem üblichen Mischkessel 7 zu. Die peristaltischen Pumpen 2 bzw. 5 können unabhängig voneinander durch die Geschwindigkeitsregler 3 bzw. 6 geregelt werden. Das resultierende Gemisch wird aus dem Mischkesel genommen sowie in einen Druckwandler 8 und dann in eine Edelstahlspirale 9, die in ein temperaturkontrolliertes Wasserbad eintaucht und mittels eines Temperaturreglers 10 bei einer beliebigen Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und 95ºC gehalten werden kann, gepumpt. Für das aktuelle Versuchsprotokoll war das Rohr vom Typ 316 55 und wies einen Innendurchmesser von 1,0 mm und eine Länge von 1,0 m auf. Die Rohrtemperatur wurde auf 35ºC gehalten.
Jeder Testlauf wurde mit einer Beimpfung nur des Rohrbereiches begonnen. Dies wurde durch Injizieren einer eine große Konzentration von zwei Bakterienarten, Pseudomonas aeruginosa und Enterobacter cloacae, enthaltenden Nährstofflösung getan. Beide Organismen sind für ihre Fähigkeit zur Erzeugung einer dicken, schwer zu durchdringenden Schleimschicht bekannt. Die Impflösung enthielt von 10&sup6; bis 10&sup9; Organismen pro ml Lösung. Sie wurde über einen Zeitraum von 1 Stunde mit einer Spritze direkt dem SS-Rohrbereich zugeführt. Nach dem Beimpfen wurde das SS-Rohr mit der Mischkammer verbunden, so daß der Ausstoß der peristaltischen Pumpen durch die Mischkammer wandert und schließlich durch das SS-Rohr fließt. Die durch die peristaltische Pumpe A zugeführte Flüssigkeit war eine verdünnte, sterile Nährstofflösung aus einem dehydratisierten Konzentrat von Difco Laboratories. Die Konzentration betrug 800 mg/l, hergestellt in sterilem DI- Wasser. Diese Zusammensetzung war kräftig genug, um das gesunde Wachstum von Bakterien in der Testspirale zu unterstützen, aber das Wachstum von Bakterien in anderen Teilen des Systems, wo die Impfung nicht stattgefunden hatte, zu begrenzen.
Jeder Lauf wurde durch Vergleich der Durckdifferenz in dem unbehandelten Rohr mit dem Druck in dem Rohr, bei dem es stattdessen ein Kontrollsystem gab. Die Formel zur Berechnung der %-Druckverminderung ist wie folgt:
% Verminderung = [1-(Pt-Pi/Pm-Pi)]*100
wobei Pt = Druckdifferenz des Tests; Pm = maximaler Druck ohne Additiv; Pi = anfängliche Druckdifferenz. Die Messung dieser Werte ist in dem begrifflichen Diagramm des Ausstoßes der Testvorrichtung dargestellt (Figur 2). Beispiel 8 zeigt die Wirkung des Behandlungsprogramms. BEISPIEL 8 Das Additivgemisch ist eine Kombination von DODECYLBENZOLSULFONSÄURE, GLUCOHYDROLASE und HT-PROTEOLYTIC- L-175 DRUCKABFALL-VERMINDERUNG WÄHREND DER ENZYMBEHANDLUNG TESTLÖSUNG/Zuführmenge (PPM) DRUCKABFALL IN PSI (kPa) Test/Max/Anfangs PROZENT DRUCKVERMINDERUNG TESTZAHL Additivgemisch/20 ppm jedes Bestandteils Additivgemisch/ 40 ppm jedes Bestandteils Glucoamylase/40 PPM Protease/40 PPM Detergens/40 PPM Chlor/1 PPM Keine Behandlung
Test 1 zeigt die durch die Verwendung von 20 ppm von beiden Enzymen und eines ähnlichen Niveaus des Benetzungsmittels bewirkte Verminderung des Drucks. Test 2 zeigt die durch die Verwendung von 40 ppm von beiden Enzymen in Kombination mit 40 ppm des Benetzungsmittels bewirkte Verminderung des Drucks. Tests 3, 4, 5 und 6 zeigen die Wirkung der einzelnen Bestandteile (40 ppm) und von allein verwendeten Chlor (1,0 ppm). Test 7 ist ein Testlauf ohne Kontrolladditiv.
Aus der Tabelle ist klar, daß das hergestellte Gemisch der drei Bestandteile eine wesentlich größere Verminderung der Schleimschicht produziert als jeder der drei in der gleichen Menge allein zugeführten Bestandteile. Die Kombination zeigte eine 91 %-ige Durckverminderung und die einzelnen Bestandteile produzierten nur 15 % bis 31 % Reduktion des Druckabfalls.

Claims

1. Zusammensetzung, umfassend (1) mindestens eine saure Endopeptidase oder alkalische Endopeptidase, (2) mindestens eine Glucoamylase oder alpha-Amylase und (3) mindestens ein Tensid, wobei die Kombination von (1), (2) und (3) zur Zerstörung von festsitzende Mikroorganismen umgebendem Polysaccharidmaterial befähigt ist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Kombination von (1), (2) und (3) in Form einer Wasserlösung vorliegt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei der mindestens eine der sauren Endopeptidase oder Glucoamylase von Aspergillus niger abgeleitet ist.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der mindestens eine der alkalischen Endopeptidase oder alpha- Amylase von Bacillus subtilis abgeleitet ist.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei der mindestens eine der sauren Endopeptidase oder alkalischen Endopeptidase vom Ananasstamm abgeleitet ist.

6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Tensid ein anionisches Tensid ist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, bei der das anionische Tensid ein Ether-alkohol-sulfat oder ein Alkylaryl-sulfonat ist.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, bei der das anionische Tensid Dodecylbenzolsulfonsäure oder Natriumdodecylsulfat ist.

9. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der (1), (2) und (3) in gleichen Anteilen vorliegen.

10. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine der sauren Protease oder alkalischen Protease HT-PROTEOLYTIC-L-175 ist.

11. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine der Glucoamylase oder alpha-Amylase DIAZYME L-200 oder Amyloglucosidase ist.

12. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zusammensetzung zur Zerstörung von bakteriellem Polysaccharidmaterial befähigt ist.

13. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zusammensetzung nichttoxisch ist.

14. Verfahren zum Entfernen eines Biobelags von einem festen Substrat oder zum Verhindern einer Ausbildung eines Biobelags auf einem festen Substrat, wobei der Biobelag durch mindestens einen fest sitzenden Mikroorganismus in einem Wassersystem gebildet wird, umfassend den Schritt des In-Kontakt-Bringens des Wassersystems mit einer Zusammensetzung, die (1) mindestens eine saure Protease oder alkalische Protease, (2) mindestens eine Glucoamylase oder alpha-Amylase und (3) mindestens ein Tensid umfaßt, wobei die Kombination von (1), (2) und (3) zur Zerstörung von festsitzende Mikroorganismen umgebendem Polysaccharidmaterial befähigt ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Zusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 13 definiert ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Wasser Rückwasser ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Wasser-pH alkalisch ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Wasser-pH sauer ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem das Wassersystem Teil einer Papiermaschine und Zusatzausrüstung, eines Kühlsystems oder eines Wasserlagerungs-, -klärungs-, -transport- und -wärmeübertragungs-Ausrüstung umfassenden Wasserreinigungs-Systems oder eines Mühlenversorgungs-Systems ist, wobei die Wasserlösung für Kühlung, Dampferzeugung, häusliche Versorgung und Verarbeitung verwendet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem das Substrat eine Kupferlegierung, Weichstahl, Edelstahl, Glas, Porzellan oder Kunststoff umfaßt.