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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Entfernung von Biofilmen und Ablagerungen in Versorgungsleitungen
von Tränkwassersystemen für Tierhaltungen.
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Saubere
Trinkwasserleitungen und Hygiene sind bei Tränkwassersystemen
in Tierhaltungen, beispielsweise in Schweine- oder Geflügelzuchtanlagen,
ein ernsthaftes Problem, mit dem jeder Betreiber zu kämpfen
hat. In Tierhaltungen beobachtet man sehr häufig durch
das Tränkwassersystem übertragene Infektionen,
welche sich durch hartnäckige Durchfälle oder
Erkrankungen der Tiere bemerkbar machen. Verantwortlich hierfür
sind Keimbelastungen im Wasser oder hygienische Mängel
in den Leitungen. Durch die Benutzung der Leitungen lagert sich
in einem kurzen Zeitraum ein Biofilm an der Leitungsoberfläche
ab, der sich als grün-brauner Belag bemerkbar macht und
zu einer Verkeimung des Leitungswassers führt. Der Biofilm
kann eine Stärke von bis zu 0,5 mm erreichen. In diesem
befinden sich Mikroorganismen, insbesondere Bakterien (z. B. Escherichia
coli, Pseudomonas aeruginosa, Legionella pneumophila, Acinetobacter
spp., atypische Mykobakterien und Serratia spp. sowie deren Stoffwechselprodukte
(Rahal und Urban, 2000, Acinetobacter. Semin Respir Crit
Care Med 21 (4): 341–348; Trautmann et
al., 2001, Tap water colonization with Pseudomonas aerugiosa in
a surgical intensive care unit (ICU) an relation to P. aeruginosa
infections of ICU patients. Infect Control Hosp Epidemiol 22 (1): 49–52; Langsrud
et al., 2003, Characterization of Serratia marcescens surviving
in disinfecting footbaths. J Appl Microbiol 95 (1): 186–195; Hall-Stoodley
and Stoodley, 2005, Biofilm formation and dispersal an the transmission
of human pathogens; Exner et al., 2005, Prevention
and control of health care associated waterborne infections in health
care facilities. Am J Infect Control 33 (5 Suppl 1): 26–40).
Die Bakterien ernähren sich von Tränkwasserinhaltsstoffen,
wie Mangan, Eisen oder Kalk sowie möglichen Wasserzusätzen,
wie Vitaminen, oder Zucker-Trägermolekühlen von
Arzneimitteln.
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Der
an den Leitungswänden anhaftende Biofilm bietet somit optimale
Wachstumsbedingungen für Bakterien. Durch diese Biotop-Bedingungen
können sich die Keime in kurzer Zeit vermehren. Der Belag
schützt sie sogar vor Hygienemitteln im Wasser die Gefahr
einer Verkeimung steigt, je wärmer das Wasser und je geringer
die Durchflussmengen in der Leitung sind. Daher sind insbesondere
Ferkelzuchtbestände von den Folgen der Biofilme in den
Leitungen betroffen.
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Untersuchungen
zeigten, dass Mikroorganismen, die in Biofilmen leben und sich vermehren,
bis zu tausendfach resistenter gegenüber antimikrobiellen
Wirkstoffen sind (Gilbert et al., 1997 Biofilms susceptibility
to antimicrobials. Adv. Dent Res 11 (1): 160–167; Costerton
et al., 1999, Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections.
Science 284: 1318–1322).
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In
Tränkwassersystemen kann die Bildung von Biofilmen oder
Ablagerungen ferner zu erheblichen technischen Problemen in der
Anlage führen, wie zum Beispiel einen Druckabfall aufgrund
erhöhter Reibungsverluste oder eine Verminderung von Wärmeaustauschkapazitäten
(Morton und Gaylarde, 2001, The role of microbial slimes
in biodeterioration. Culture 22: 1–4). Untersuchungen
zum Einfluss des Materials für Rohrleitungen und wasserführende Systeme
auf das Biofilmbildungspotential haben ergeben, dass die Biofilmbildung
nur verzögert, jedoch nicht unterbunden werden kann. Ohne
eine Behandlung des Wassers wird selbst eine Kupferrohrleitung nach
Monaten bis Jahren von Biofilmen besiedelt (Exner et al,
1983, Untersuchungen zur Wandbesiedlung der Kupferrohrleitung einer
zentralen Desinfektionsmitteldosieranlage. Zbl Bakt Hyg. I. Abt.
Orig. B 177: 170–181).
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Bei
der Entstehung von Biofilmen haben die verschiedensten Faktoren,
wie Temperatur, pH, Druck, Scherkräfte, Ladung der Zelloberfläche,
Art der Mikroorganismen und die Zusammensetzung des Wassers einen
Einfluss (Stoodley et al., 1999, Influence of hydrodynamics
and nutrients on biofilm structure. J Appl Microbiol Sym Suppl 85:
19S–28S; Donlan (2002) Biofilms: Microbial
life on surfaces. Emerg Infect Dis 8 (9): 881–890).
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Biofilme
entstehen in aquatischen Systemen in mehrstufiger Weise. Zunächst
kommt es zur Adhäsion von Makromolekühlen, wie
Huminstoffen, Zuckern oder Proteinen und hydrophoben Molekühlen an
den Leitungsoberflächen (Schneider und Leis, 2002,
Conditioning fils in aquatic environmental. In: Encyclopaedia of
environmental microbiology 2: 928–941). Mikroorganismen
haften sich an der rauen Substratoberfläche mit Hilfe von
Zellauswüchsen wie Pili an und bilden Kolonien. Das Absterben
von einigen Zellen aber auch die Vermehrung der Mikroorganismen
führt zu einer Absorption planktonischer Mikroorganismen
und einer Ablösung und Erosion von Teilen des Biofilms
(Rittmann, 1989, Detachment from biofils. In: Structure
and function ob biofilms: 49–58). Allen Biofilmen
ist gemeinsam, dass sie von einer Matrix aus extrazellulären
polymeren Substanzen (kurz: EPS) zusammengehalten werden. Die EPS
liegen außerhalb der Zellen und bestehen überwiegend
aus Polysacchariden und Proteinen; sie können jedoch auch
deutliche Anteile an Nukleinsäuren, Lipiden und anderen
Makromolekühlen enthalten. Auch Huminstoffe, Ton, Gips
und Ionen aus dem Wasser werden an der Leitungsoberfläche
als Ablagerung akkumuliert. Trotz der Verfügbarkeit und
der Anwendung eines breiten Spektrums von Bioziden werden Biofilme
und mikrobielle Schleime meistens nicht vollständig eliminiert
und können fortlaufend Probleme im medizinischen, hygienischen
und technischen Bereich in Tränkwassersystemen von Tierhaltungen
hervorrufen.
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Neben
dem Problem der Verkeimung des Leitungswassers besteht auch das
Problem, dass der Biofilm über die Zeit größer
wird und zusammen mit Ablagerungen die Leitung verstopfen oder zumindest
unbrauchbar machen kann. Die Ablagerungen werden u. a. durch die
Stoffwechselprodukte der Bakterien und den im Wasser vorhandenen
Ionen, insbesondere Eisen und Mangan gebildet.
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Um
Ablagerungen bzw. Biofilme aus den Leitungen zu entfernen, ist eine
intensive Reinigung unverzichtbar. Bei der Grundreinigung werden
häufig Säuren oder Laugen als Reinigungsmittel
eingesetzt, wie zum Beispiel Ameisensäure oder Propionsäure, die
mit einer Konzentration von 3 bis 5% dem Reinigungswasser zugegeben
wird. Eine ähnliche Wirkung hat auch Natronlauge oder Wasserstoffperoxid. Allerdings
bewirken diese Reinigungsmittel häufig eine Korrosion der
Leitungen, was nachteilig ist. Ferner lässt die Reinigungswirkung
zu wünschen übrig, da die Säuren und
Laugen lange einwirken müssen, um einen gewissen Reinigungserfolg
zu erzielen, was praktisch meist nicht möglich ist. Eine
vollständige Entfernung der Ablagerungen, insbesondere
die in den stark belasteten Stichleitungen, ist dadurch nicht möglich.
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Ferner
ist auch der Umgang mit Säuren und Laugen nicht unproblematisch.
Rückstände oder Geruchsentwicklungen sind unangenehm
und können sogar zu Schäden bei den Tieren führen.
Zur Vorbeugung installieren viele Betriebe eine Wasseraufbereitung,
um die Gehalte an Eisen, Kalk oder Mangan im Wasser zu verringern
und Leitungsverstopfungen bzw. das Wachstum von Keimen in den Leitungen
zu unterbinden.
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Neben
der Grundreinigung müssen die Betriebe auch eine Desinfektion
der Leitungen vornehmen. Häufig wird hierfür Chlorbleichlauge
verwendet. Ferner ist auch die Zugabe von Säuren üblich.
Allerdings sind die desinfizierende Wirkungen dieser Substanzen
nur von kurzer Dauer. Ohne eine vorausgegangene gründliche
Reinigung der Leitungen ist jede nachfolgende Desinfektion unwirksam.
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Die
bei der Desinfektion verwendeten Chlorungsmittel wie Chlor oder
Chloramine verbreiten einen unangenehmen Geruch und einige Derivate
stehen sogar in Verdacht, ein krebserzeugendes Potential zu besitzen
(Umweltbundesamt, 1996, Trinkwasser – Desinfektion
und Bewertung der Desinfektionsnebenprodukte – Merkblatt
181/5a der FKST für Gesundheitsämter. Umweltmed.
Informationsdienst 2/96: 17–19).
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Ein
weiterer Faktor, der die Keimbildung bzw. Bildung von Ablagerungen
begünstigt, ist die Medikation von Arzneimitteln über
das Trinkwasser. Wie zuvor schon erwähnt, enthalten viele
Arzneimittel neben den Wirkstoffen größere Mengen
an Polysaccharide (beispielsweise Glucose) als Trägersubstanz. Solche
zuckerhaltigen Trägersubstanzen setzen sich während
der Medikation in den Wasserleitungen ab und bieten eine ideale
Nahrungsgrundlage für pathogene Keime.
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All
diese chemische Verfahren sind daher für eine effiziente
und gründliche Reinigung der Leitungen nicht geeignet.
Mechanische Verfahren sind aufgrund der schlechten Zugänglichkeit
ins Leitungsinnere sehr schwer durchführbar. Doch gerade
vor einer Infektionsmaßnahme, wie zum Beispiel der Zudosierung
von Chlor oder Chlordioxid zum Trinkwasser, ist eine erforderliche
Reinigung des Systems unabdingbar.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Entfernung von Biofilmen und Ablagerungen bei
Tränkwassersystemen für Tierhaltungen anzugeben,
mit dem/der die Leitungen eines Tränkwassersystems vollständig
ohne Zuführung chemischer Reinigungsmitteln gereinigt werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
17.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Impuls-Spül-Verfahren
werden Druck-Gas-Blasen in Gasblöcken in den Wasserstrom
einer zu spülenden Leitung impulsweise eingepresst, sodass
sich die Gasblasen intermittierend als Folgen von Flüssigkeits-
und Gasströmen durch die Spülstrecke durchsetzen.
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Die
Reinigung der Leitungen finden an den Grenzflächen der
Luftblasen zur Wasser- und Rohrwand statt. An der Leitungsoberfläche
kommt es zu turbulenten Verwirbelungen, bei Fließgeschwindigkeiten
von 10 mm/s bis 15 m/s. Ferner bewirken lokale Kavitationserscheinungen
eine nachhaltige Ablösung des Biofilms und der Ablagerungen
an den Leitungswänden. Das Verfahren kann auch unterhalb des
Rohrnetzdrucks durchgeführt werden. Der Arbeitsdruck entspricht
dem Impulsdruck der durch das Leitungssystem wandernden Glasblasen.
Dadurch sind Beschädigungen der Leitung ausgeschlossen.
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Das
Einleiten von leitungsfüllenden Gasblasen in die Spülleitung
bewirkt eine Beschleunigung des Flüssigkeitsstromes, wodurch
die durch die Verwirbelungen losgelösten Ablagerungen und
Biofilmbestandteile durch dem dem Gasblock folgenden Flüssigkeitsstrom
mitgerissen werden. Die Gasblöcke führen daher
zu einem Abtragen und Aufbrechen der Ablagerungen und des Biofilms,
während der nachfolgende Flüssigkeitsstrom zu
einer Spülung der Leitung beiträgt. Die wechselnde
Impulsfolge von Gasblöcken und Wasser führt überraschenderweise zu
einem Abbau des Biofilms und möglichen Ablagerungen. Die
Möglichkeit eines Gas-Wasser-Impulsstroms zur Entfernung
von Biofilmen war völlig unerwartet.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass in dem Tränkwassersystem für
Tierhaltungen eine Leitung an einer Einlassstelle intervallweise
mit den einzelnen Gasblöcken eines Gases oder eines Gasgemisches
beaufschlagt wird. Diese Gasblöcke durchsetzen die Leitung
in einzelnen Impulsen bis zu einer druckabbauenden Auslassstelle,
wo sie wieder entweichen. Es kommt daher zu keiner Vermischung oder
Aufschwemmung der Gasblasen mit dem Wasser. Um die gewünschte
Reinigungswirkung zu erzielen, ist es unbedingt erforderlich, dass
die Gasblasen als zusammenhängende Einheiten nach dem Durchwandern
der Spülstrecke an der Auslassstelle wieder hervortreten
und entweichen. Der gewünschte Reinigungseffekt stellt
sich nicht ein, wenn sich die Gasblase vorher verbraucht oder mit
dem Wasser vermischt.
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Zwar
beobachtet man je nach Leitungstopographie eine gewisse Schrumpfung
der Gasblasen bei der Migration durch die Spülstrecke,
diese Abnutzung hat jedoch nur einen untergeordneten Effekt, solange
die Gasblase als solches erhalten bleibt. Es ist daher erforderlich,
dass die Parameter, das Gasvolumen, die Impulslänge und
die Impulsfrequenz der der Leitung zugeführten Gasblöcke
an der Einsatzstelle, genau kontrolliert werden. Vorzugsweise ist
die Höhe des Beaufschlagungsdrucks, die Impulslänge
und die Impulsdauer der Beaufschlagung der Leitung mit dem Gas oder
Gasgemisch so gewählt, dass die Gasblasen die Spülstrecke
in einzelnen Impulsen vollständig durchlaufen und es zu
keiner Vermischung der Gasblöcke mit dem Wasser oder einer Ausschwemmung
in der Leitung kommt.
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Um
die Trinkwasserleitungen in dem Tränkwassersystem durch
die intermittierende Gasblasen in den Leitungen zu schonen, ist
der Arbeitsdruck der druckbeaufschlagten Leitungen nicht größer
als der Ruhenetzdruck der Leitung in dem Tränkwassersystem.
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Die
Impulsfrequenz und Impulsdauer der beaufschlagten Gasblöcke
wird in Abhängigkeit von der Länge der Spülstrecke
und den Leitungsdurchmessern eingestellt. Vorzugsweise werden 0,5
bis 20 Impulse pro laufenden Meter Spülstrecke auf die
Leitung beaufschlagt. Der Ruhenetzdruck einer am Versorgungsnetz
angeschlossenen Tränkwasserleitung beträgt üblicherweise
4 bis 6 bar, was auch dem Arbeitsdruck entspricht. Bei engvolumigen
Tränkwassersystemen von Geflügelhaltungen kann
der Arbeitsdruck auch geringer sein. Einige Tränkwassersysteme
haben ein unabhängiges Kreislaufsystem mit einem Vorlagebehälter
oder Brunnen zur Speicherung von Wasser. Das Wasser wird gegebenenfalls
unter Zugabe von Medikamenten oder Nahrungsergänzungsmitteln
in das Tränkwassersystem gepumpt. In solchen Systemen mit
Eigenwasserversorgung ist der Ruhenetzdruck und demnach der Arbeitsdruck
geringer. Typisch sind 1 bis 2 bar.
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Je
nach Bedarf und Topographie des Leitungsnetzes kann der Ruhenetzdruck
bei der Beaufschlagung der Leitung mit den Gasblöcken durch Öffnen
einer oder mehrerer Versorgungsstellen (z. B. Stichleitungen) und/oder
der Auslassstelle herabgesetzt werden. Die Auslassstelle ist vorzugsweise
mit einem Zyklonabscheider auszustatten. Der Zyklonabscheider dekomprimiert
die Luft und leitet das Wasser in entsprechende Abwasserentsorgungsleitungen.
Vorzugsweise wird die Einlassstelle über ein Ventil intervallweise
großvolumig geöffnet und mit Gasblöcken
beaufschlagt. Bedarfsweise kann der Wasserdruck durch eine in der
Leitung angeordneten Drossel (z. B. Ventil oder Schieber) herabgesetzt werden.
Um die Gasblasen mit einem definierten Druck und Volumen in die
Leitung zu beaufschlagen, erfolgt eine Messung des Gasdrucks im
Druckgasbehälter sowie des Ruhedrucks in den Leitungen.
Bedarfsweise erfolgt eine Anpassung des Arbeitsdrucks mit einem
Druckregelventil bei der Einlassstelle.
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Für
die Grundreinigung des Tränkwassersystems werden alle Zapfstellen
geschlossen und die Reinigung der Stichleitungen des Tränkwassersystems
erfolgt durch Öffnen einer oder mehrerer Zapfstellen, wobei
bedarfsweise eine Anpassung und Aufrechterhaltung des Arbeitsdrucks
durch Drosseln bzw. Verschließen der Auslassstelle erfolgen
kann. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass der Arbeitsdruck
nicht größer ist, als der Ruhenetzdruck in den Leitungen.
Je nach Anzahl und Volumen der geöffneten Stichleitungen
wird die Auslassstelle vorzugsweise um etwa 30 bis 50% gedrosselt
bzw. verschlossen.
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Vorzugsweise
erfolgt das Öffnen und Verschließen der einzelnen
Zapfstellen über eine elektronische Steuerung. In einer
Ausführungsform erfolgt die Steuerung des Systems durch
eine Impulssteuerung, welche die Anpassung der Impulsfrequenz und
Impulsdauer der Gasblasen vornimmt. Ferner übernimmt die
Impulssteuerung eine Messung des Ladedrucks im Druckgasbehälter
(z. B. mittels eines Drucksensors) und des Ruhenetzdrucks sowie
eine Anpassung und Aufrechterhaltung des Arbeitsdrucks durch Drosseln
bzw. Verschließen der Auslassstelle und/oder der Einlassstelle über
ein Druckventil und/oder einer vorgeschalteten Drossel. Der Arbeitsdruck
wird daher auf ein Niveau gehalten, dass nicht größer
ist als der Ruhenetzdruck. Die Gasblasen können sich leitungsausfüllend
bis zu der Auslassstelle durch die Spülleitungen bewegen.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem zu beaufschlagenden Gasgemisch um gefilterte
Luft. Hierzu sind vorzugsweise ein oder mehrere Luftfilter oder Sterilfilter
vor dem Druckgasbehälter angeordnet. Durch die Luftfilter
wird vermieden, dass Keime oder andere unerwünschte Substanzen
der Raumluft in die Tränkwasserleitungen gelangen.
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Vorzugsweise
wird dies mit einem komprimierten Gas oder Gasgemisch beaufschlagt.
Hierzu ist das Gas oder Gasgemisch in einem Druckgasbehälter
unter hohem Druck komprimiert gespeichert. Die Kompression übernimmt
ein Kompressor, der mit Filtern und Dekondensationsmitteln ausgerüstet
ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Entfernung von Biofilmen
und Ablagerungen aus Leitungen von Tränkwassersystemen
für Tierhaltungen, umfassend:
- – eine
Spülleitung, welche eine Spülstrecke definiert,
- – einen Anschluss als Einlassstelle zum Beaufschlagen
von Gas oder einer Gasmischung in die Leitung,
- – einen Auslauf (12) für Flüssigkeit
und Gas am Ende der Spülstrecke,
- – einen Gasbehälter (4) zur Speicherung
des zu beaufschlagenden Gases oder Gasgemisches,
- – Mess- und Kontrollmittel zur Messung und Kontrolle
des Gasdrucks des beaufschlagenden Gases und der Rohrleitung,
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wobei
die Vorrichtung eine Impulssteuerung (5) und Druckversorgungseinrichtungen
zum intervallweisen Beaufschlagen der Spülleitung mit einzelnen
Gasblöcken eines Gases oder eines Gasgemisches umfasst,
welche sich in einzelnen Impulsen intermittierend als Folgen von
Flüssigkeits- und Gasströmen durch die Spülstrecke
bis zu der druckabbauenden Auslassstelle durchsetzen und an dieser wieder
entweichen.
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Vorzugsweise
umfasst die Impulssteuerung einen Gasdrucksensor, ein Druckregelventil,
einen Gas-Rückflussverhinderer sowie einen Wasserdrucksensor
und einen Wasser- Rückflussverhinderer. Ferner kann ein
Wasserzähler zur Bestimmung der Durchflussmengen oder auch
der Fließgeschwindigkeit des Wasserstroms vorgesehen sein.
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Zur
Vermeidung eines Rückflusses bei der Beaufschlagung der
Leitungen mit dem Gas bzw. Gasgemisch ist eine Einlassstelle, vorzugsweise
ein Rückflussverhinderer angeordnet. Dadurch wir die Richtung
des Spülstromes der im Wechsel durchgehenden Gas- und Wasserblöcke
vorgegeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die hierfür
vorgesehene Vorrichtung eignet sich hervorragend zur Entfernung
von Biofilmen und Ablagerungen aus Leitungen von Tränkwassersystemen
für Tierhaltungen. Untersuchungen zeigen, dass durch die
erfindungsgemäße Behandlung der Leitung des Tränkwassersystems
die Leitungen nahezu vollständig von Biofilm und Ablagerungen
befreit sind. Eine mögliche nachfolgende Desinfektion ist
daher aufgrund des vorgegangenen Reinigungseffektes besonders effizient.
Dies hat den Vorteil, dass entweder vollständig auf den
Einsatz von Hygienemitteln oder Desinfektionsmitteln verzichtet
werden kann oder deren Konzentration bei der Anwendung erheblich
reduziert werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist in jedes bestehende
Tränkwassersystem für Tierhaltungen integrierbar.
Eine Grundreinigung kann beispielsweise bei Nacht vorgesehen werden.
Die Reinigung der einzelnen Stichleitungen der Ställe oder Tierabteile
können von dem Betreiber selbst tagsüber vorgenommen
werden, in dem die einzelnen zu reinigenden Stichleitungen nacheinander
geöffnet und die gereinigten wieder verschlossen werden.
Auf diese Weise werden Auslassstellen geschaffen, zu denen die durch
die Leitungen migrierende Gasblöcke wandern und schließlich
entweichen. Das ganze System kann computergesteuert arbeiten. Wie
bereits erwähnt, kann der Arbeitsdruck durch den Durchmesser
der Auslassstelle und der damit verbundenen Auslaufmenge wunschgemäß eingestellt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform kann der Spülleitung
neben Gas-Wasser-Impulsen auch Reinigungsmittel zugegeben werden,
um den Reinigungseffekt beispielsweise bei Silikonleitungen mit stark
haftendem Biofilm zu erhöhen.
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Die
Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Übersicht der erfindungsgemäßen
Reinigungsvorrichtung zur Entfernung von Biofilmen und Ablagerungen
aus einem Tränkwassersystem für Tierhaltungen,
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2 ein
Diagramm zur Darstellung der Reinigungswirkung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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In
der 1 ist schematisch das Verfahren und die Vorrichtung
zur Entfernung von Biofilmen und Ablagerungen aus Leitungen in Tränkwassersystemen
gezeigt. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich
bei dem zu beaufschlagenden Gasgemisch um Luft. Ein Drucklufttank 4 wird über
eine Druckluftversorgung 1 mit komprimierter Luft zur Beaufschlagung
der Spülleitungen gefüllt. Die Luft wird mit einem
oder mehreren Luftfiltern 3 gereinigt. Eine Impulssteuerung 5 übernimmt
die Mess- und Kontrollaufgaben. Die Druckwerte werden von einem
Drucksensor 6 für die Luft und einem Drucksensor 11 für das
Wasser gemessen und übermittelt. Ein Druckregelventil 7 übernimmt
gegebenenfalls eine Anpassung des Arbeitsdrucks bei der Beaufschlagung
der Leitungen mit der Luft. Dadurch kann der notwendige Arbeitsdruck
in den Leitungen wunschgemäß eingestellt werden.
Zur Schonung der Leitungen sollte der Arbeitsdruck nicht höher
als der Ruhenetzdruck sein, sondern vorzugsweise sogar darunter
liegen.
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In
der Wasserleitung befindet sich ein Wasserzähler 9 mit
Reedkontakt sowie ein Rückflussverhinderer 10.
Um einen Rückfluss des Wasserstroms von der Wasserversorgung 2 an
der Einlassstelle zu verhindern, ist ebenfalls ein Rückflussverhinderer 14 vorgesehen.
Das Verfahren läuft nun wie folgt ab:
Zunächst
ist es notwendig, dass gesamte System zu kalibrieren. Hierzu werden
neben dem Ruhenetzdruck der Leitungen (gemessen durch den Drucksensor 11)
und dem Druck der Luft (gemessen durch den Drucksensor 6)
weitere Parameter ermittelt, wie zum Beispiel die Nennweite der
Rohrleitung, die Leitungstopographie, die Länge und den
Verlauf des Spülabschnittes etc.. Zunächst ist
es notwendig, den Rohrnetzdruck durch Öffnen eines Auslasses
an der Abflussstelle herabzusetzen. Mit dieser Druckdifferenz oder
darunter wird die Spülleitung mit Luft beaufschlagt. Ein
Rückfluss der Luft in die Druckluftleitungen wird durch
ein Rückflussverhinderer 8 für die Luft verhindert.
Die Gasblasen werden mit einem definierten Gasvolumen von einer
vorgegebenen Impulslänge in die Spülleitung gepresst.
Die Gasblasen bilden als Gasblöcke den gesamten Leitungsquerschnitt aus
und bewegen sich intermittierend als ganze Luftblöcke im
Wechsel mit Wasser durch den Spülabschnitt. Die Beaufschlagung
erfolgt impulsweise. Je nach Länge und Topographie der
Spülstrecke ist eine unterschiedliche Impulsfrequenz notwendig.
Die Anzahl der Impulse ist letztendlich auch für den Reinigungserfolg
verantwortlich (s. 2).
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Die
Reinigung der Leitungen erfolgt nun an den Grenzflächen
der Luftblasen zum Wasser und der Rohrwand. An diesen Grenzflächen
kommt es zu turbulenten Verwirbelungen mit hohen Fließgeschwindigkeiten.
Die Gasblasen drücken sozusagen das Wasser in Flussrichtung
weg. Infolge der Migration der Gasblasen durch die Leitungen entstehen auch
lokale Kavitationserscheinungen, die zur Ablösung des Biofilms
führen.
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Bei
der Grundreinigung werden bei geschlossenen Versorgungsanschlüssen
die Gasblasen am Auslass 12 (mit Zyklonabscheider) in die
Abwasserentsorgung 13 entweichen.
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In 2 wird
die Reinigungswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Entfernung von Biofilm in Abhängigkeit der Impulsfrequenz
gezeigt. Deutlich ist erkennbar, dass mit steigender Zahl von Durchgängen,
d. h. mit größer werdender Impulsfrequenz der
Biofilm nahezu vollständig entfernt wird.
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Beispiele
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Koloniezahlbestimmungen und Ermittlung
des Reduktionsfaktors
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Um
die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf
Bakterien in Biofilmen zu untersuchen, wurden kulturelle Bestimmungen
der koloniebildenden Einheiten pro cm2 Leitung
(KBE/cm2) vor und nach der Behandlung mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt.
Dazu wurden die Biofilme aus definierten Stücken des Leitungsmaterials ausgeschabt,
in 0,9% NaCl-Lösung homogenisiert, in einer dekadischen
Verdünnungsreihe von 10–1 bis 10–5 verdünnt, im Doppelansatz
auf R2A-Agar ausplattiert und für sieben Tage bei 20°C
inkubiert. Anschließend wurden die KBE ausgezählt
und daraus die KBE/cm2 und der Reduktionsfaktor
(RF) bestimmt.
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Die
durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass das erfindungsgemäße
Impuls-Spül-Verfahren zu einer Reduktion der Bakterien
auf der Leitungsoberfläche von bis zu 99,2% führte.
Der Reduktionsfaktor nahm mit steigender Impulsfrequenz zu.
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Proteinbestimmungen
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Ferner
wurden im Rahmen der Untersuchungen Proteinbestimmungen durchgeführt,
um eine Aussage über die Wirkung des erfindungsgemäßen Impuls-Spül-Verfahrens
auf den Abbau der Biofilm-Matrix treffen zu können. Hierzu
wurden Gesamtprotein-Bestimmungen nach Lowry durchgeführt
und die Proteinreduktion in Prozent und in μg/cm2 errechnet. Durch die Reduktion des Proteinanteils
können Rückschlüsse auf den Abbau der
extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) gezogen werden,
welche hauptsächlich aus Proteinen und Kohlehydraten bestehen.
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Als
Ergebnis wurde eine Protein-Reduktion von bis zu 91% festgestellt.
Dies weist daraufhin, dass die extrazellulären polymeren
Substanzen, die Bestandteil des Biofilms sind, durch das erfindungsgemäße
Verfahren effizient entfernt werden konnten.
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Rasterelektronenmikroskopie
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Zur
optischen Bestätigung des Matrix-Abbaus wurden rasterelektronenmikroskopische
Untersuchungen durchgeführt. Modellhaft wurden 1 cm lange
Silikonschlaustücke nach unterschiedlichen Drucksituationen
und Einwirkzeiten für die Betrachtung unter dem Rasterelektronenmikroskop
präpariert und anschließend untersucht.
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Nach
einer andauernden Behandlung der Silikonschläuche mit Biofilm
durch das erfindungsgemäße Impuls-Spül-Verfahren
ist bei einem Wasserdruck von 0,5 bar und einem Luftdruck von 2,0
bar im Vergleich zum unbehandelten Biofilm nach 1000 Impulsen eine
Reduktion der Biofilm-Matrix zu beobachten. Teile des Biofilms haben
sich von der Silikonschlauchoberfläche gelöst.
Bei einem höheren Wasserdruck und Luftdruck und/oder höherer
Impulszahl sind nur noch vereinzelt Biofilmstrukturen zu erkennen.
Die Matrix löst sich an einigen Stellen komplett von der
Silikonschlauchoberfläche.
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Durch
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die vorhandene Biofilm-Matrix eines Tränkwassersystems
nahezu vollständig entfernt werden. Keines der bekannten
Verfahren vermag eine solche Reinigungsleistung zu bewirken. Durch
die mechanische und zugleich schonende Behandlung der Leitungen
mit impulsweise beaufschlagten und durch Wasser getrennten Gasblöcken wird
eine mechanische und chemikalienfreie Reinigung der empfindlichen
Wasserleitungen eines Tränkwassersystems bei Tierhaltungen
möglich. Somit ist das erfindungsgemäße
Verfahren zur Reinigung von biofilmkontaminierten Leitungen verwendbar.
Die Wirksamkeit einer anschließenden Desinfektionsmaßnahme
wird durch die überragende Reinigungsleistung des erfindungsgemäßen
Verfahrens entscheidend verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Rahal und
Urban, 2000, Acinetobacter. Semin Respir Crit Care Med 21 (4): 341–348 [0002]
- - Trautmann et al., 2001, Tap water colonization with Pseudomonas
aerugiosa in a surgical intensive care unit (ICU) an relation to
P. aeruginosa infections of ICU patients. Infect Control Hosp Epidemiol
22 (1): 49–52 [0002]
- - Langsrud et al., 2003, Characterization of Serratia marcescens
surviving in disinfecting footbaths. J Appl Microbiol 95 (1): 186–195 [0002]
- - Hall-Stoodley and Stoodley, 2005, Biofilm formation and dispersal
an the transmission of human pathogens [0002]
- - Exner et al., 2005, Prevention and control of health care
associated waterborne infections in health care facilities. Am J
Infect Control 33 (5 Suppl 1): 26–40 [0002]
- - Gilbert et al., 1997 Biofilms susceptibility to antimicrobials.
Adv. Dent Res 11 (1): 160–167 [0004]
- - Costerton et al., 1999, Bacterial biofilms: a common cause
of persistent infections. Science 284: 1318–1322 [0004]
- - Morton und Gaylarde, 2001, The role of microbial slimes in
biodeterioration. Culture 22: 1–4 [0005]
- - Exner et al, 1983, Untersuchungen zur Wandbesiedlung der Kupferrohrleitung
einer zentralen Desinfektionsmitteldosieranlage. Zbl Bakt Hyg. I. Abt.
Orig. B 177: 170–181 [0005]
- - Stoodley et al., 1999, Influence of hydrodynamics and nutrients
on biofilm structure. J Appl Microbiol Sym Suppl 85: 19S–28S [0006]
- - Donlan (2002) Biofilms: Microbial life on surfaces. Emerg
Infect Dis 8 (9): 881–890 [0006]
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