DE19681757B4

DE19681757B4 - Verfahren zum Reinigen von Wasser, das beim Transport von Gemüse anfällt

Info

Publication number: DE19681757B4
Application number: DE19681757T
Authority: DE
Inventors: Robert D. Oakdale Hei; Keith D. Savage Lokkesmoe; Guang-jong J. Mendota Heights Wei; Bruce R. Eagan Cords
Original assignee: Ecolab Inc
Current assignee: Ecolab Inc
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: DE19681757T1; FR2748467A1; GB2328936B; BR9612612A; GB9820648D0; AU1332197A; FR2748467B1; ZA9610414B; US5858443A; GB2328936A; CA2254980A1; CA2254980C; WO1997043217A1; AU709260B2; NZ326044A; JP3675487B2; JP2000513649A

Abstract

Verfahren zum Reinigen von Wasser, das beim Transport von Gemüse anfällt, wobei
– das Wasser im Kreislauf geführt wird,
– ein Teil des Wassers in eine Behandlungszone abgezweigt und dort mit einer Menge von 1 bis 50 ppm Ozon in Kontakt gebracht wird,
– der behandelte Teil des Wassers in den Kreislaufstrom zurückgeführt wird,
– und bei Verlassen der Behandlungszone der behandelte Teil des Wassers eine Ozonkonzentration kleiner 0,5 ppm hat.

Description

Die Erfindung betrifft die Bekämpfung und Kontrolle einer mikrobiellen Population und die Verwendung einer antimikrobiellen Zusammensetzung in einem wäßrigen System oder einem Strom, der Schmutz ausgesetzt ist, das/der ein Nahrungsmittel, Nahrungsmittelteilchen, Schmutz und Mikroorganismen umfaßt. Die Erfindung betrifft auch die Behandlung von wäßrigen Systemen mit einer Zusammensetzung, die die mikrobielle Population vermindert und insbesondere Systeme, die Populationen von schleimerzeugenden Mikroorganismen vermindern. Genauer betrifft die Erfindung die Verwendung eines antimikrobiellen Oxidationsmittels in einer getrennten Behandlungszone, um mikrobielle Populationen in einem kleinen Teil der wäßrigen Strömung, die mit Schmutz beladen ist, zu vermindern.

Seit vielen Jahren wird Wasser als Transportmedium verwendet, um ein Produkt von einem Produktionsort zu einem Verarbeitungsort oder Verwendungsort zu bewegen. Eine Vielzahl von Materialien kann dazu gebracht werden, auf Wasser aufzuschwimmen oder in Wasser suspendiert zu werden oder in Wasser gelöst zu werden, und diese wurden transportiert unter Verwendung eines sich bewegenden wäßrigen Stroms. Beispiele für solche Materialien schließen Produkte aus der Bauholzindustrie, Kohle in einer Kohleaufschlämmung, Landwirtschafts produkte, wie Früchte und Gemüse, teilchenförmige Produkte einer wäßrigen Polymerisation und andere, die zu zahlreich sind, um sie zu erwähnen, ein. Ein übereinstimmendes Merkmal dieser Systeme ist die Verwendung eines geschlossenen wäßrigen Strömungskreises, bei dem das wäßrige Medium zu seinem Ursprung zurückkehrt. Der wäßrige Strom, der das Material von einem Produktionsort zu einem Verarbeitungsort führt, kehrt oft ohne das Produkt zu dem Produktionsort zurück, um ein neues Produkt zu transportieren. Solche zurückgeführten Wasserströme, die kontinuierlich wiederverwendet werden, nehmen Schmutz auf, der das Wachstum von mikrobiellen Populationen fördern kann und insbesondere von schleimproduzierenden Mikroorganismen. Solche geschlossenen Strömungswassersysteme können wesentliche Konzentrationen an Verunreinigungen aus der Umwelt und aus dem Produkt, das in dem geschlossenen Kreislaufsystem transportiert wird, enthalten und ansammeln. Eine solche Beladung mit Schmutz kann sogar noch größere Probleme aufwerfen, in dem Fall, in dem das Produkt biologischen Ursprungs ist, einschließlich von Produkten wie Holz, Holzfasern, Früchten, Gemüse etc. oder anderen Produkten, die wesentliche Mengen an Kohlenhydrat, Lipid oder proteinhaltigen Zusammensetzungen enthalten, die als Nahrungsquelle für Mikroorganismen dienen können. Ein Bedarf für wirksame antimikrobielle Mittel und Verfahren ist offensichtlich, um mikrobielle Populationen zu verhindern oder zu vermindern.

Idealerweise hat ein antimikrobielles Mittel oder eine antimikrobielle Verbindung, die in einem solchen System verwendet wird, mehrere wichtige Eigenschaften zusätzlich zu ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit. Die Verbindung oder das Mittel sollte keine restliche antimikrobielle Aktivität in dem Lebensmittel nach der Verarbeitung haben. Eine restliche Aktivität bedeutet die Gegenwart eines Films aus antimikrobiellem Material, der weiterhin eine antimikrobielle Wirkung hat, was erfordern kann, das das Nahrungsmittelprodukt weiter gespült wird. Das antimikrobielle Mittel sollte bevorzugt auch geruchsfrei sein, um die Übertragung unerwünschter Gerüche auf Nahrungsmittel zu verhindern. Das antimikrobielle Mittel sollte auch aus direkt für Lebensmittel geeigneten Additivmaterialien aufgebaut sein, die das Nahrungsmittel nicht beeinträchtigen, wenn eine Kontamination auftritt, noch Menschen beeinträchtigt, wenn es zufällig aufgenommen wird. Außerdem sollte das antimikrobielle Mittel bevorzugt aus natürlich vorkommenden oder unschädlichen Substanzen, die chemisch kompatibel sind mit der Umgebung und keine Probleme wegen toxischer Rückstände im Abwasser verursachen, aufgebaut sein oder solche Substanzen bilden.

Ein übliches wäßriges Transportsystem umfaßt ein Kanal- oder Schwemmsystem. Solche Systeme werden in der Landwirtschaft verwendet, um ein landwirtschaftliches Produkt, z.B. Früchte oder Gemüse, von einem Produktionsort, typischerweise einem landwirtschaftlichen Feld oder einer Gartenparzelle, zu einem Verarbeitungsort zu transportieren, zum Waschen und Verpacken unter Verwendung eines wäßrigen Stroms. Die Früchte oder Gemüse werden gesäubert, behandelt und verpackt zur Verteilung an dem Verarbeitungsort. Solche Kanalsysteme können große Volumina an Wasser enthalten, das in einer Rate von etwa 20 bis 4000 Liter pro Minute fließt. Solche Kanalsysteme können wesentliche Mengen an Früchten oder Gemüsen von einem Produktionsort zu einem Verarbeitungsort transportieren. Solche Systeme können etwa 10 bis 1000 Pfund an Früchten oder Gemüsen pro Minute oder mehr kontinuierlich während des Herstellungsbetriebs transportieren. Solche Kanalsysteme werden inhärent mit Schmutz, Frucht- und Gemüsestücken, Pflanzenfragmenten und anderen landwirtschaftlichen Nebenprodukten kontaminiert. Ein solcher Kanalstrom ist ein potentes Medium zur Förderung des Wachstums von Mikroorganismen. Unbehandeltes Kanalwasser kann schnell mit großen Mengen an mikrobiellen Populationen kontaminiert werden. Als Ergebnis des Wachstums von schleimbildenden Mikroorganismen können die Oberflächen des wäßrigen Systems schnell mit schleimproduzierenden Kolonien und dem Schleim als Nebenprodukt überzogen werden.

Die Belastung mit Schmutz kann einen wesentlichen Teil des wäßrigen Stroms umfassen, gewöhnlich etwa 0,1 bis 20 Gew.-% des wäßrigen Stroms, üblicher etwa 1 bis 15 Gew.-% des wäßrigen Stroms.

Die häufigste Behandlung zur Verminderung der Populationen solcher Mikroorganismen umfaßt, daß man den Kanalstrom an irgendeiner Position in dem geschlossenen Kreis mit Chlor (Cl₂) oder einer chlorhaltigen oder chlorliefernden antimikrobiellen Zusammensetzung in Kontakt bringt. Solche antimikrobiellen Mittel schließen Chlorgas (Cl₂), Chlordioxid (ClO₂), Natriumhypochlorit (NaOCl), chlorierte Isocyanuratverbindungen oder andere chlorierte Verbindungen ein, die eine hygienische oder antimikrobielle Konzentration an Chlor in dem wäßrigen Strom erzeugen können. Chlor ist ein wohlbekanntes antimikrobielles Material und ist häufig sehr effektiv bei der Bekämpfung von mikrobiellem Wachstum. Die Verwendung solcher chlorierten Materialien hat jedoch häufig wesentliche Nachteile, einschließlich einer Korrosion der Geräte und Gefahren für das Betriebspersonal. Die Verwendungsrate dieser antimikrobiellen Mittel auf Chlorbasis ist sehr hoch, da sie dazu neigen, schnell von der hohen organischen Belastung in dem wäßrigen Strom verbraucht zu werden. Außerdem zersetzen sich beim Verbrauch Verbindungen, wie Chlorgas oder Chlordioxid, unter Erzeugung von Nebenprodukten, wie Chloriten und Chloraten, während Hypochlorit Trichlormethane erzeugt, die in sehr geringen Konzentrationen toxisch sein können. Schließlich ist Chlordioxid ein toxisches Gas, mit einer oberen Grenze der Luftkonzentration von 0,1 ppm. Der Kontakt mit ClO₂ führt häufig zu Kopfweh, Erbrechen und Atemproblemen, was teure und komplizierte Sicherheitsvorrichtungen und -ausstattungen erfordert, wenn es verwendet wird.

Antimikrobielle Iodophormittel wurden auch für zahlreiche wäßrige antimikrobielle Anwendungen verwendet. Iodophorverbindungen neigen jedoch dazu, sich zu zersetzen, oder können durch Verdampfen verlorengehen, wenn sie in einem wäßrigen Medium verwendet werden. Daher erfordert eine langzeitige Aktivität eine hohe Iodophorkonzentration.

Somit besteht ein wesentlicher Bedarf in der nahrungsverarbeitenden Industrie dafür, ein Mittel für den Nahrungsmitteltransport bereitzustellen, das auch die mikrobielle Belastung bekämpft ohne die Verwendung von hohen Konzentratio nen an antimikrobiellen Mitteln, wie chlorliefernden Verbindungen oder anderen halogenierten Bestandteilen.

Eine Anzahl von Versuchen wurden gemacht, um die Probleme, die durch Chlorieren der Substanzen in solchen Materialien verursacht werden, zu überwinden. Ein Versuch betrifft die Verwendung von Peressigsäurematerialien in Kanalwasser. Lokkesmoe et al. lehren in US 5 409 713-A die Verwendung von Peressigsäure als antimikrobielles Mittel zur Behandlung von Kanalwasser. Die Verwendung von anderen antimikrobiellen Mitteln bei der Kontrolle oder Bekämpfung von Mikroorganismen ist für verschiedene Anwendungen wohlbekannt. Z.B. verwenden Grosse Böwing at al., US 4 051 058-A und US 4 051 059-A, Peressigsäure als Sterilisierungsmittel mit Lebensmittelqualität bei einer Vielzahl von Anwendungen. Weiterhin lehren Greenspan et al., US 2 512 640-A, die Verwendung einer Peressigsäurezusammensetzung mit 500 ppm Peressigsäure oder mehr zur Behandlung von verschiedenen Frucht- und Gemüsezusammensetzungen in einem Sprühapplikator. Greenspan et al. offenbaren auch in Food Technology, Band 5, Nr. 3, 1951, Sprühzusammensetzungen, die auf frische Früchte und Gemüse aufgetragen werden können, die Peressigsäure enthalten. Langford offenbart in der GB-Patentanmeldung GB 2 187 958-A die Verwendung von Peressigsäure und Propionsäure zur Behandlung von Pilzen in mikrobiellen Pflanzenpathogenen auf wachsenden Pflanzen und insbesondere eßbaren Getreiden. In anderen Veröffentlichungen offenbaren Baldry et al., "Disinfection of Sewage Effluent with Peracetic Acid", Wat. Sci. Tech., Band 21, Nr. 3, Seiten 203 bis 206, 1989 und Poffé et al., "Disinfection of Effluents from Municipal Sewage Treatment Plants with Peroxy Acids", Zbl. Bakt. Hyg. I. Abt. Orig. B 167, 337 bis 346 (1978) die Verwendung von Peroxysäuren zur Behandlung von Abwasserströmen und Gemeindeabwässern. Hutchings et al. offenbaren in "Comparative Evaluation of the Bactericidal Efficiency of Peracetic Acid, Quaternaries and Chlorine-Containing Compounds", Society of American Bacteriologists, Abstracts von Artikeln, die beim 49. Allgemeinen Treffen vorgelegt wurden, die allgemeine Wirksamkeit von Peressigsäure verglichen mit verschiedenen anderen antimikrobiellen Verbindungen. Außerdem offenbaren Branner-Jorgensen et al. in US 4 591 565-A die Reduktion der Wärmestabilität von Lab durch Verwendung von aliphatischen oder anorganischen Peroxysäuren auf wäßriger Basis. Block offenbart in "Disinfection, Sterilization and Preservation", Vierte Ausgabe, Kapitel 9, Seiten 167 bis 181, die verschiedenen Eigenschaften und Merkmale von Persauerstoffverbindungen. Allgemein richtet sich jedoch die Lehre des Standes der Technik gegen die Verwendung von Percabonsäuren in wäßrigen Strömen aufgrund von Problemen mit der Stabilität der Verbindung in Gegenwart von hohen Konzentration an organischer Masse.

Hurst lehrt in US 5 053 140-A eine Wasserbehandlungsanlage, die dafür vorgesehen ist, Feststoffe, Fett, Bakterien und andere Verunreinigungen aus Wasser, das zur Nahrungsmittelverarbeitung verwendet wird, zu entfernen. Die Hauptmenge des Wassers wird einer Anzahl von Reinigungsstufen unterzogen, einschließlich einem Gegenstromkontakt mit einem Strom von Ozon. Abiko, Japanische Patentanmeldung 4-145997-A lehrt eine ähnliche Reinigungseinheit. Avvakumov et al., UDSSR, Erfinderschein Nr. 858735 und andere Patente lehren die Zugabe von Ozon zu einer Einspeisung von frischem Wasser oder zur Reinigung von Zusatzwasser, zu einem Lebensmittelverarbeitungsbereich oder direkt zu dem Schwemmwassertransportbereich. Bei solchen Schemata wird eine relativ hohe Konzentration an Ozon in der Menge des Transportwassers während der Bewegung des Produktes von einem Herstellungsort zum Verwendungsort aufrechterhalten. Beuchat, "Surface Disinfection of Raw Produce", Dairy Food and Environmental Sanitation, Band 12, Nr. 1, und andere Literaturstellen lehren die Verwendung der direkten Anwendung von gasförmigem oder wäßrigem Ozon für Wassermassen, um mikrobielle Populationen zu bekämpfen. T.R. Bott, "Ozone as a disinfectant in process plant", Food Control, diskutiert allgemein die Verwendung von Ozon in allgemeinen Desinfektionsanwendungen. Insgesamt lehrt Bott die direkte Anwendung relativ geringer Konzentrationen von Ozon auf Oberflächen zur Desinfektion und Reinigung. Bott schlägt relativ sauberes Wasser mit verminderten Ozonkonzentrationen (etwa 0,1 ppm) zur Kontrolle vor. Sumi, JP Anmeldenr. 60-202229 und Veröffentlichungsnr. 62-061574, und Shieno, JP Anmeldenr. 62-206536 und Veröffentlichungsnr. 64-051071 bringen Lebensmittel mit präozonisierten wäßrigen Lösungen in Kontakt, um eine mikrobielle Kontrolle zu bewirken. Shieno lehrt ein Lebensmittelsterilisationsverfahren unter Verwendung von präozinisierten Lösungen, um eine mikrobielle Bekämpfung in einem System zu bewirken unter Verwendung von zirkulierendem Wasser, das nicht mit Mikroorganismen oder Schmutz belastet wird. Shieno verwendet Ozon mit organischen Hilfsstoffen mit einem relativ korrosiven pH von 3 bis 5. Schließlich verwendet Shieno offensichtlich nicht ein zirkulierendes/rezirkulierendes System. Sumi et al. lehren eine Vorrichtung zum Waschen und Desinfizieren von Lebensmitteln, worin Ozon in einem offenen Tank dispergiert ist, der die Hauptmenge an Wasser enthält, d.h. mehr als 50 Gew.-% des Betriebswassers. Die Behandlung der Wassermenge erfolgt in einem offenen Behälter. Weil Ozon unannehmbar und toxisch ist, kann der Kontakt mit Lebensmitteln oder der Kontakt mit Verarbeitungsoberflächen oder einem wäßrigen Strom mit Ozon bei dem Arbeiter Unannehmlichkeiten und andere Probleme erzeugen. Außerdem erfordern Versuche, große Volumina von wäßrigen Strömen zu behandeln, eine erhebliche Menge an Ozon erzeugende Ausstattung.

Typische kommerzielle Anwendungen, die für Kanalsysteme beschrieben werden, versuchen die mikrobielle Kontrolle unter Anwendung von Ozon für relativ reines Leitungs-, gewöhnlich Trink-, Zusatzwasser oder Füllwasser zu erreichen. Andere Verfahren betreffen den direkten Kontakt zwischen Lebensmitteln und Ozon. All diese Anwendungen basieren auf der Prämisse, daß das bei hohem Bedarf verschmutzte Wasser im allgemeinen die Ozonkonzentration vermindert oder zum Verschwinden bringt und Ozon bei der mikrobiellen Bekämpfung unwirksam macht für verschmutzte Wässer mit hohem Bedarf. Wegen dieser Probleme, daß große Konzentrationen an Schmutzbelastung eine mikrobielle Kontrolle unter Verwendung von Ozon verhindern, hat sich der Stand der Technik darauf konzentriert, sauberes Wasser mit Ozon zu behandeln bei der Einführung oder nach der Einführung des Zusatzwassers in das Kanalsystem. Diese Lösungsansätze führen zu einem potentiellen Entgasen von Ozon, das Gefahren für das Betriebspersonal hervorrufen kann oder bei den Geräten Korrosion verursachen kann. Außerdem kann Ozon in direktem Kontakt mit Lebensmittelmaterial das Aussehen oder die Nährqualität des Lebensmittels verschlechtern. Weiterhin erfordern diese Verfahren einen relativ hohen Verbrauch an Ozon in solchen Systemen, um eine hohe Restozonkonzentration für eine effektive Abtötung von Mikroben aufrechtzuerhalten. Typischerweise ist ein Restgehalt an Ozon von 0,1 bis 10 ppm Ozon in Wasser erforderlich.

Somit besteht ein erheblicher Bedarf zur Behandlung von Systemen, bei denen wirksam Ozon verwendet werden kann, um mikrobielle Populationen zu kontrollieren, ohne irgendeinen direkten Kontakt von wesentlichen Konzentraten (mehr als 1 ppm Ozon) mit großen Volumina von Betriebswasser, Lebensmittelgegenständen, Verarbeitungsoberflächen der allgemeinen Umgebung, die die Verarbeitungseinrichtung umgibt. Die Verwendung von Ozon muß jedoch erfolgreich mikrobielle Populationen vermindern, ohne eine wesentliche Korrosion oder einen anderen chemischen Angriff auf die Produktionseinrichtungen zu verursachen.

Es wurde gefunden, daß die Probleme mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst werden. So kann eine mikrobielle Kontrolle erreicht werden bei einer Vielzahl von geschlossenen wäßrigen Verarbeitungssystemen, wenn ein vorgegebener geringer Anteil des Wasserumlaufs, der mit Schmutz beladen ist, kontinuierlich durch eine Behandlungszone zum Kontakt mit Ozon geleitet wird, wie in Anspruch 1 definiert. Innerhalb der Behandlungszone wird der wäßrige Strom mit einer hohen Konzentration von Ozon in Kontakt gebracht. Das Ozon reagiert mit Lebensmittelteilchen, Schmutz und der mikrobiellen Population der Schmutzbelastung. Wenn das Ozon mit der Belastung reagiert und die mikrobielle Populati on vermindert, wird die Ozonkonzentration auch im Verhältnis vermindert. Es wird eine solche Menge an Ozon verwendet, daß nach der Behandlung die Konzentration von Ozon in dem Strom, der aus der Zone austritt, nicht schädlich, reizend oder gefährlich ist. Erfindungsgemäß wird die Ozonkonzentration auf eine solche Konzentration vermindert, daß ein Entgasen oder andere nicht wünschenswerte mit Ozon in Beziehung stehende Wirkungen vermieden werden, d.h. auf weniger als 0,5 ppm, bevorzugt auf weniger als 0,1 ppm O₃ in Wasser. Nachdem die Behandlung abgeschlossen ist, verläßt die kontinuierliche wäßrige Strömung die Behandlungszone mit weniger mikrobiellen Populationen und erheblich reduzierten Ozonkonzentrationen. Während der Verarbeitung kann die wäßrige Ozonkonzentration in einem Bereich von mehr als 1 bis etwa 50 ppm liegen. Bei Verlassen der Behandlungszone ist die Ozonkonzentration jedoch kleiner als 0,5 ppm und kann nur 0,1 ppm sein, abhängig von den Verfahrensbedingungen. Durch die Verwendung einer Behandlungszone wird das Ozon auf ein geringes Volumen des wäßrigen Stroms beschränkt, indem der wäßrige Strom erheblichen Konzentrationen an Ozon ausgesetzt ist, die im wesentlichen alle Mikroben aus dem Strom entfernen können. Die Verarbeitungseinrichtung, mit Ausnahme der Behandlungszone, kommt nicht mit Ozon in wesentlicher Konzentration in Kontakt. Außerdem kommt kein Produkt, das unter der Verwendung des wäßrigen Stroms transportiert wird, in direkten Kontakt mit wesentlichen Mengen an Ozon. Außerdem kommt auch niemand vom Produktionspersonal, das in Kontakt mit dem wäßrigen Strom, dem transportierten Produkt oder der damit zusammenhängenden Ausstattung in Kontakt ist, mit aktivem Ozon in einer wesentlichen Konzentration während des Betriebs in Kontakt.

Die Erfindung betrifft die Behandlung von recyclisiertem Wasser bei mittlerem bis hohem Bedarf, das wesentliche Mengen an Schmutzbelastung enthält, die gelösten Schmutz, Nahrungsmittel, Bakterien und andere Mikroben umfaßt (wobei die Schmutzbelastung bis zu 10 Gew.-% des Kanalwasserstroms, aber typischerweise zwischen 0,1 und 3 Gew.-%) umfaßt, um eine Reduktion oder Eliminierung der Mikroben zu bewirken. Dieses Verfahren verwendet eine lokalisierte Behandlungszone mit kurzer Kontaktzeit und hohem Ozongehalt. Sogar bei einem anspruchsvollen System mit nennenswertem Anteil an Lebensmitteln und Schmutz kann die Verwendung von Ozon in einer wirksamen Konzentration Mikroorganismen effektiv abtöten und solche Populationen vermindern. Die Menge an Ozon, die in der Behandlungszone verwendet wird, ist abhängig von dem Gehalt an Schmutz. Die Ozonmenge wird bevorzugt so ausgewählt, daß das Ozon mit den mikrobiellen Populationen und dem Rest der Schmutzbelastung reagiert, so daß die Ozonkonzentration kleiner als etwa 0,1 ppm ist direkt vor Verlassen der Behandlungszone. Es wird angenommen, daß durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Probleme, die mit der Verwendung von Ozon in reinem trinkbaren Frischwasser in Beziehung stehen, vermieden werden können und der Verbrauch an Ozon wesentlich reduziert werden kann, obwohl immer noch eine effektive mikrobielle Kontrolle möglich ist. Es wird angenommen, daß der Ozon-verbrauch um das 2- bis 10-fache gegenüber Ozonsystemen des Standes der Technik vermindert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist unerwartet effektiv bei der Verhütung des Wachstums unerwünschter Mikroorganismen in Lebensmitteltransportvorrichtungen. Der Verbrauch von Ozon ist unerwartet gering im Hinblick auf die organische Belastung sowohl von Früchten oder Gemüsen als auch mikrobiellem Schmutz innerhalb des Kanalwassers oder Schwemmwassers. Das Verfahren der Erfindung liefert ein antimikrobielles Mittel, das für Verfahrenswasser zum Transport von Lebensmittelprodukten geeignet ist, das einen hohen Grad an antimikrobieller Wirksamkeit hat und sicher von Menschen aufgenommen werden kann, wobei es mit der Umgebung kompatibel ist.

Die Unterscheidung von antimikrobieller "-zider" oder "statischer" Aktivität, die Definitionen, die den Wirksamkeitsgrad beschreiben und die offiziellen Laborprotokolle zum Messen dieser Wirksamkeit sind wichtige Überlegungen, um die Relevanz der antimikrobiellen Mittel und Zusammensetzungen zu verstehen. Antimikrobielle Zusammensetzungen können zwei Arten mikrobieller Zellschädigung bewirken. Die erste ist eine wirklich tödliche, irreversible Wirkung, die zu einer vollständigen Zerstörung der Mikrobenzelle oder zu Lebensunfähigkeit führt. Die zweite Art von Zellschädigung ist reversibel, sodaß sich der Organismus dann, wenn er frei von dem Mittel ist, wieder vermehren kann. Die erste Art wird bakteriozid genannt und die letztere bakteriostatisch. Ein Desinfektionsmittel ist per definitionem ein Mittel, das antibakterielle oder bakteriozide Aktivität liefert. Im Gegensatz dazu wird ein Konservierungsmittel im allgemeinen als Inhibitor oder bakteriostatische Zusammensetzung beschrieben. Für die Zwecke der Erfindung bedeutet der Ausdruck "Schmutzbelastung" Material, das in einem wäßrigen Strom gelöst oder suspendiert ist. Solches Material kann Lebensmittelteilchen, Nahrungsmittelreste, landwirtschaftlichen Schmutz, mikrobielle Sporen, Organismen, Zellwände und andere mikrobiologische Komponenten und Nebenprodukte umfassen. Der Ausdruck "Behandlungszone" bedeutet einen diskontinuierlich oder kontinuierlich betriebenen Kanal oder Behälter mit einem Volumen von weniger als 10 Vol.-% des gesamten wäßrigen Stroms, bevorzugt weniger als 1 % des gesamten wäßrigen Stroms, in dem der wäßrige Strom, der eine Schmutzbelastung enthält, mit Ozon in Gasform oder wäßriger Phase in Kontakt gebracht wird. In einer Behandlungszone wird das Ozon in einem geschlossenen Behälter oder Rohr gehalten, bis es während seiner Verwendung als mikrobielles Kontrollmittel im wesentlichen verbraucht ist. Unter Verwendung einer solchen Behandlungszone wird wenig freies Ozon aus dem wäßrigen Strom freigesetzt, da es im wesentlichen vollständig während dem Kontakt mit der Schmutzbelastung in der Behandlungszone verbraucht wird. Die Behandlungszone umfaßt typischerweise ein geschlossenes Volumen, was den Verlust von Ozon aus dem wäßrigen Strom in die Atmosphäre verhindert. Außerdem kann die Behandlungszone Mittel enthalten, um Ozon in den wäßrigen Strom in gasförmiger, wäßriger oder gemischt wäßriger/gasförmiger Phase einzuleiten. Schließlich kann die Behandlungszone Mittel enthalten, um das ozonisierte Wasser, den wäßrigen Strom und die Schmutzbelastung zu bewegen, um einen geeigneten Kontakt zwischen Ozon und Mikroben oder mikrobenerzeugenden Bestandteilen herzustellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Kanalsystems. Dieses Diagramm ist im wesentlichen repräsentativ für Kanalsysteme. Jedoch gibt es eine Vielzahl von Kanalsystemen in verschiedenen Konfigurationen.
2 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines zweiten Kanalsystems. Dieses Diagramm ist im wesentlichen repräsentativ für ein Kanalsystem mit einer anderen Art der Anordnung der Behandlungszone zur Behandlung eines wäßrigen Stroms, der aus einem anderen Teil der Kanalvorrichtung stammt.
Die 3 bis 6 sind graphische Darstellungen der mikrobiellen Kontrolle unter Verwendung verschiedener Anteile von Ozon in einem wäßrigen Strom mit Schmutzbeladungen im Bereich von weniger als 1 Gew.-% bis mehr als 6 Gew.-%.
7 ist eine graphische Darstellung der qualitativen Messung der Ozonkonzentration unter Verwendung einer Oxidations-Reduktions-Sonde (ORP).
8 ist eine graphische Darstellung der Verwendung der ORP-Messung, um die Abwesenheit von restlichem Ozon in dem Kanal zu bestätigen, wenn eine pflanzliche Schmutzbelastung vorhanden ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft das in-Kontakt-Bringen eines wäßrigen Stroms, der eine Schmutzbelastung enthält, die Mikroben oder mikrobenerzeugende Kolonien enthält, mit einer wirksamen Konzentration an Ozon in einer Behandlungszone. Innerhalb der Behandlungszone reagiert das Ozon, um im wesentlichen mikrobielle Populationen zu zerstören. Außerdem wird die Konzentration von Ozon in der Behandlungszone auf weniger als 0,5 bevorzugt erheblich weniger als 0,1 ppm Ozon in dem wäßrigen Strom vermindert.
Behandlungsart
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der wäßrige Strom, der in die Behandlungszone geführt wird, im wesentlichen aus jedem Teil des Kanalsystems mit einem wäßrigen Strom mit einer Schmutzbelastung erhalten, werden. Bevorzugt enthält der wäßrige Strom nicht das gesamte Produkt. Der wäßrige Strom wird bevorzugt abgeleitet, nachdem das Produkt aus dem wäßrigen Strom entnommen wurde, während des Rückführens zu einem Produktionsort. Verschmutztes Wasser kann aus der Wassertransportzone eines Kanalsystems erhalten werden auf solche Weise, daß das Produkt nicht aus diesem Kanalsystem entfernt wird für den Transport in die Behandlungszone. Umlaufwasser kann aus einer Umlaufleitung in die Behandlungszone abgezweigt werden, nachdem das Nahrungsmittelprodukt entfernt wurde. Wasser in Tanks für eine vorübergehende Lagerung oder Überlauftanks, das eine wesentliche Schmutzbelastung enthält, kann in die Behandlungszone zur Behandlung abgeleitet werden. Solche Wassermaterialien können aus Wasserkühlsystemen oder Geräten, Lagertanks, Absetzkammern, Massennaßreinigungssystemen etc. erhalten werden. Die Grunderfordernisse des Systems sind, daß der wäßrige Strom eine gewisse Schmutzbelastung enthält. Die Gegenwart der Schmutzbelastung läßt es zu, daß der Betreiber den wäßrigen Strom mit Ozon in Kontakt bringt, was sowohl zu einem beträchtlichen Abtöten von Mikroorganismen als auch zu einer Reduktion der Ozonkonzentration in der Behandlungszone führt, bevor der wäßrige Strom die Behandlungszone zur Wiederverwendung verläßt. Die Menge an zu der Behandlungszone zugegebenem Ozon kann leicht berechnet werden aus der Konzentration der Schmutzbelastung. Jedoch werden Anteile an Schmutzbelastung und bevorzugte Ozonkonzentrationen unten diskutiert.
Ozon
Ozon kann nicht einfach aufbewahrt oder gelagert werden. Ozon wird typischerweise an Ort und Stelle erzeugt und wird in wäßrigen Medien an einem Verwendungsort direkt vor der Verwendung gelöst. Die Halbwertszeit von Ozon in neutralen Lösungen ist etwa 3 bis 10 Minuten und sinkt, wenn der pH ansteigt. Schwache Konzentrationen an Ozon können unter Verwendung von Ultraviolett-Strahlung erzeugt werden. Die typische Erzeugung von Ozon erfolgt unter Verwendung einer elektrischen Koronaentladung. Das Verfahren beinhaltet, daß man eine Sauerstoffquelle mit einer reinen Form von O₂ erhält, im allgemeinen atmosphärischen Sauerstoff (oder angereicherte Luft), die mehr als etwa 21 Vol.-% Sauerstoff enthält. Die Sauerstoffquelle wird zwischen Elektroden, zwischen denen ein Hochspannungswechselpotential aufrechterhalten wird, durchgeleitet. Das Potential wird zwischen den Elektroden erzeugt, die so ausgebildet sind, daß eine Lichtbogenbildung vermieden wird. Wenn Sauerstoffmoleküle in den Potentialbereich eintreten, wird eine Korona erzeugt mit einem Anteil freien atomaren Sauerstoffs, der von einem Sauerstoffmolekül (O₂) dissoziiert wird. Das Atomion mit hoher Energie (O) bildet, wenn es mit Sauerstoff (O₂) vereinigt wird, eine Mischung aus Sauerstoff und Ozon (O₃). Diese Generatoren sind im Handel erhältlich. Die ozonhaltige wäßrige Mischung wird im allgemeinen mit einer wäßrigen Mischung in Kontakt gebracht durch Blasenbildung oder andere Gasdispersionstechniken, um eine antimikrobielle Konzentration von Ozon in das wäßrige Medium einzuleiten. Der Kontakt zwischen Ozon und dem wäßrigen Medium wird dann so ausgebildet, daß die Absorption von Ozon, verglichen mit der Zersetzungsrate von Ozon in dem alkalischen wäßrigen Medium und die erforderliche Ozonkonzentration in dem Wasser maximiert ist.
Die Aktivität von Ozon in dem wäßrigen Medium der Erfindung kann verbessert werden, indem Ozon eingeleitet wird unter Bildung von Blasen mit dem kleinstmöglichen Durchmesser. Kleine Blasen fördern die Auflösung von Ozon in der Masse der wäßrigen Lösung. Außerdem können oberflächenaktive Mittel, die die Spannung an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit senken, verwendet werden, um den Ozongastransport zu dem wäßrigen Medium zu verbessern. Eine schnelle Auflösung von Ozon kann die Tendenz des Entgasens in die Atmosphäre vermindern und Reaktionen mit Lösungskomponenten verursachen, um oxidierte Molekülarten zu erzeugen und die wirksame Verwendung von Ozon zu fördern. Ozonisierte Lösungen können Ozon in steigenden Anteilen enthalten, wenn die Temperatur abnimmt. Wäßrige Lösungen mit 60°C werden schnell von Ozon abgereichert durch Entgasen. Im Gegensatz dazu können wäßrige Medien bei 0°C einen ziemlich konstanten Anteil von Ozon mit etwa 35 ppm enthalten.
Die Stabilität von Ozon in wäßrigen Lösungen vermindert sich, wenn die Alkalinität ansteigt. Die Halbwertszeit von Ozon in 1 n Natriumhydroxid ist kleiner als 10 Sekunden. Für die Zwecke der Erfindung, die sich mit Konzentrationen von Ozon in wäßrigen Lösungen befaßt, bezieht sich der Ausdruck "Gesamtozon" auf die Menge an Ozon, die der wäßrigen Phase aus der Gasphase zugegeben wird. Typischerweise liegen diese Gesamtozongehalte in der Gasphase in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 1000 Teilen Ozon pro eine Million Teile der gesamten wäßrigen Phase. Das gemessene Ozon ist die scheinbare Konzentration von Ozon (als O₃) in wäßriger Lösung. Der Unterschied zwischen Gesamtozon und gemessenem Ozon bezieht sich auf die Menge an Ozon, die offensichtlich in der wäßrigen Lösung gespeichert wird durch Reaktion mit organischen und anorganischen Molekülarten unter Bildung ozonisierter oder oxidierter Materialien, die eine Quelle für Oxidationspotential sein können.
Adjuvantien
Das Ozonverfahren der Erfindung ist so ausgebildet, daß es wirksam betrieben wird, um mikrobielle Populationen zu vermindern ohne die Verwendung anderer antimikrobieller Materialien. Jedoch können gewisse Adjuvantien, die alleine eine geringe oder keine antimikrobielle Wirksamkeit haben, in Kombination mit dem Ozon verwendet werden, um die Ozonwirksamkeit zu erhöhen.
Die antimikrobielle Zusammensetzung der Erfindung kann auch eine Anzahl von Adjuvantien enthalten. Insbesondere kann die Zusammensetzung unter anderem stabilisierende Mittel, Benetzungsmittel, ebenso wie Pigmente oder Farbstoffe enthalten, die der Zusammensetzung zugegeben werden können.
Stabilisierende Mittel können der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zugegeben werden, um die wäßrigen Ozonlösungen zu stabilisieren. Komplexbildner, die als stabilisierende Mittel der Erfindung geeignet sind, schließen unter anderem alkyldiaminpolyessigsäureartige Komplexbildner, wie EDTA (Ethylendiamintetraacetattetranatriumsalz), acryl- und polyacrylsäureartige stabilisierende Mittel, Phosphonsäure und phosphonatartige Komplexbildner ein. Bevorzugte Komplexbildner schließen Phosphonsäuren und Phosphonatsalze ein, einschließlich 1-Hydroxyethylen-1,1-diphosphonsäure (CH₃C(PO₃H₂)₂OH), Amino[tri(methylenphosphonsäure)], ([CH₂PO₃H₂]₂ (Ethylendiamin[tetramethylenphosphonsäure]), 2-Phosphenbutan-1,2,4-tricarbonsäure ebenso wie Alkalisalze, Ammoniumsalze oder Alkyloylaminsalze, wie Mono-, Di- oder Tetraethanolaminsalze. Das Stabilisierungsmittel wird in einer Konzentration im Bereich von etwa 0 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Zusammensetzung, bevorzugt etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% der Zusammensetzung und am meisten bevorzugt etwa 0,2 Gew.-% bis 5 Gew.-% der Zusammensetzung verwendet.
Nützlich für die erfindungsgemäße Zusammensetzung sind auch Benetzungsmittel und Entschäumungsmittel. Benetzungsmittel dienen dazu, die Eindringaktivität der antimikrobiellen Zusammensetzung der Erfindung zu erhöhen. Benetzungsmittel, die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet werden können, schließen irgendwelche Bestandteile ein, von denen im Stand der Technik bekannt ist, daß sie die Oberflächenaktivität der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhöhen.
Danach können Tenside und insbesondere nichtionische Tenside auch für die vorliegende Erfindung nützlich sein. Nichtionische Tenside, die für die vorliegende Erfindung geeignet sein können, sind solche, die Ethylenoxideinheiten oder Propylenoxideinheiten aufweisen, ebenso wie Mischungen davon, und Ethylenoxid-Propylenoxid-Anteile entweder in heterogener Anordnung oder Blockbildung. Außerdem nützlich für die vorliegende Erfindung sind nichtionische Tenside, die Alkylethylenoxidverbindungen, Alkylpropylenoxidverbindungen ebenso wie Mischungen davon und Alkylethylenoxid-Propylenoxid-Verbindungen, bei denen der Ethylenoxid-Propylenoxid-Anteil entweder heterogen oder als Block vorliegt, umfassen. Weiterhin nützlich für die vorliegende Erfindung sind nichtionische Tenside mit irgendeiner Mischung oder Kombination von Ethylenoxid-Propylenoxid-Einheiten, die mit einer Alkylkette verbunden sind, wobei die Ethylenoxid- und Propylenoxidanteile in irgendeinem statistischen oder geordneten Muster sein können und irgendeine spezifische Länge haben können. Nichtionische Tenside, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, können auch statistische Abschnitte von blockförmigem und heterogenem Ethylenoxid-Propylenoxid, oder Ethylenoxid-Propylenoxid umfassen.
Allgemein kann die Konzentration des nichtionischen Tensids, das für die Erfindung verwendet wird, in einem Bereich von etwa 0 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Zusammensetzung, bevorzugt etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 2 Gew.-% der konzentrierten Zusammensetzung und am meisten bevorzugt etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-% der Zusammensetzung liefern.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Zusammensetzung kann auch zusätzliche Inhaltsstoffe enthalten, die notwendig sind, um ein Entschäumen zu fördern.
Im allgemeinen schließen Entschäumer, die erfindungsgemäß verwendet werden können, unter anderem Siliciumdioxid und Silicone; aliphatische Säuren oder Ester; Alkohole; Sulfate oder Sulfonate; Amine oder Amide; halogenierte Verbindungen, wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe; pflanzliche Öle, Wachse, Mineralöle ebenso wie deren sulfatierte Derivate; Fettsäureseifen, wie Alkali- und Erdalkaliseifen und Phosphate und Phosphatester, wie Alkyl- und alkalische Diphosphate und Tributylphosphate und Mischungen davon ein.
Besonders bevorzugt sind solche Antischaummittel oder Entschäumer, die Lebensmittelqualität haben, wegen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierzu umfassen die wirksameren Antischaummittel Silicone. Silicone, wie Dimethylsilicon, Glycolpolysiloxan, Methylphenolpolysiloxan, Trialkyl- oder Tetraalkylsilane, hydrophobe Siliciumdioxidentschäumer und Mischungen davon können alle für entschäumende Anwendungen verwendet werden. Im Handel erhältliche Entschäumer, die allgemein erhältlich sind, schließen Silicone, wie Ardefoam^® von Armour Industrial Chemical Company, ein Silicon, das in einer organischen Emulsion gebunden ist; Foam Kill^® oder Kresseo^®, die von Krusable Chemical Company erhältlich sind, die silicon- und nichtsiliconartige Entschäumer, ebenso wie Siliconester sind und Anti-Foam A^® und DC-200^TM von Dow Corning Corporation ein, die beide Silicone mit Lebensmittelqualität sind. Diese Entschäumer sind allgemein in einer Konzentration im Bereich von etwa 0 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt etwa 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 0 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-% vorhanden.
Die Erfindung kann auch eine Anzahl anderer Bestandteile enthalten, falls dies für die Anwendung notwendig ist, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind und die Aktivität der vorliegenden Erfindung fördern können.
Detaillierte Beschreibung der Figur
Betriebsfertige Kanalsysteme umfassen typischerweise eine Station, um ein Produkt in eine Wassertransportströmung zu bringen, die das Produkt von einem Produkionsort zu einem Verarbeitungsort transportiert. Das Produkt wird aus der Wasserströmung am Produktionsort entnommen, verarbeitet und verkauft. Das Transportwasser wird dann zu dem Produktionsort für die Wiederverwendung zurückgeführt.
In etwas größerem Detail zeigt 1 eine Darstellung einer Ausführungsform der Kanalvorrichtung unter Verwendung einer Behandlungszone 1, die von einer Ozonquelle 3 gespeist wird. Beim Betrieb des Kanals wird ein Produkt in den wäßrigen Strom an der Öffnung 17 eingeleitet. In dem Kanal 12 wird das Produkt entlang des Kanals von Öffnung 17 zu Ausgang 19 transportiert. Am Ausgang 19 wird das Produkt aus dem Kanal für die weitere Verarbeitung entnommen. Wenn der Kanalbetrieb begonnen wird, wird Füllwasser aus einer Quelle für Trinkwasser oder Brauchwasser 6 über die Leitung 7 zugeführt. Während des Betriebs kann der Kanalwasserpegel aufrechterhalten werden unter Verwendung von Wasser, das aus dem Tank 10 stammt, durch die Fülleitung 11. Wasser aus dem Kanal wird über die Leitung 18 zu der Produktionsöffnung 17 zurückgeführt. Wasser wird in der Leitung 18 unter Verwendung der Pumpe 16 durch die Leitung 15 in den Pumpentank 14 gepumpt zur Wiederverwendung in dem Kanalsystem. Ein Überlauf aus dem Tank kann verworfen werden durch das Austragrohr oder die Leitung 13. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann Transportwasser aus dem Kanal abgeleitet werden aus dem Betrieb in die Behandlungszone aus irgendeinem Teil des Kanaltransportwasserrücklaufs oder Frischwassers. Bei solchen Behandlungsoperationen kann ein relativ kleines Volumen des Gesamtkanalwassers, typischerweise etwa 20 Vol.-%, z.B. weniger als etwa 10%, bevorzugt weniger als etwa 5% und insbesondere nur 1 oder 0,5 Vol.-% kontinuierlich in der Behandlungszone behandelt werden. Die Behandlungszone kann eine solche Größe haben, daß sie das zu behandelnde Volumen aufnehmen kann. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren betrieben auf Basis eines kontinuierlichen Durchflusses, wobei die Behandlungszone ein festes Volumen hat. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren chargenweise durchgeführt werden, indem ein Chargentank mit Wasser, das von irgendeinem Teil des Kanalbetriebs entnommen wurde, gefüllt wird. In dem Chargentank können die Materialien mit Ozon in Kontakt gebracht werden, um das Wasser mit der Schmutzbelastung zur Reduktion der mikrobiellen Population in Kontakt zu bringen. Sobald das Wasser behandelt ist und nachdem die Ozonkonzentration vermindert ist, kann es aus dem Chargentank wieder in die Kanalvorrichtung, den Frischwassertank oder irgendein anderes Volumen oder einen anderen Strom von Wasser des Kanalbetriebs gepumpt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit kontinuierlicher Strömung fließt ein kontinuierlicher Strom des Kanalwassers, das die charakteristische Schmutzbeladung enthält, in eine Behandlungszone zum Kontakt entweder mit gasförmigem oder wäßrigem Ozon. 1 zeigt eine Leitung 4 mit einer UUUUUU Pumpe 20, die Kanalwasser aus der Umlaufleitung 18 in die Behandlungszone 1 transportiert. Innerhalb der Behandlungszone wird das Kanalwasser mit Ozon behandelt. Ozon wird typischerweise in einem Ozongenerator 3 erzeugt. Solche Generatoren sind im Handel erhältlich.
Eine Methode der Ozonbehandlung betrifft die direkte Injektion von Ozongas aus dem Ozongenerator 3 in die Behandlungszone 1, wo das Gas mit der wäßrigen Schmutzbelastung in Kontakt kommt. Die Behandlungszone 1 könnte Pumpen, statische Mischer oder andere mechanische Hilfsmittel enthalten, um einen effizienten Gaskontakt und Transport in die flüssige Phase zu bewirken. Diese Methode liefert die größtmögliche mikrobielle Abtötung der Belastung. Mit dieser Methode würde kein weiteres Wasser durch Leitung 2 zugeführt werden. Alternativ besteht eine zweite Methode darin, Wasser durch eine Zuführleitung 2 zuzuführen und mit Ozon unter solchen Bedingungen in Kontakt zu bringen, daß die Ozonkonzentration in dem Wasser maximiert wird. Typisches Trinkwasser mit üblicherweise neutralem pH wird bei relativ geringer Temperatur von weniger als 21 °C (70°F), bevorzugt 0 bis 18°C 132 bis 65°F) verwendet, um relativ hohe Ozonkonzentrationen aufrechtzuerhalten. Ozon wird mit Wasser unter Mischbedingungen in Kontakt gebracht unter Verwendung kleiner Ozonblasen und hoher Bewegungsraten, um den Transfer von Ozon in die gasförmige oder wäßrige Phase zu bewirken. Ozonisiertes Wasser wird dem Kanalwasser in ausreichenden Anteilen zugegeben, um ausreichend Ozon zu bilden, um mikrobielle Populationen in dem Kanalwasser zu vermindern auf Gehalte, die eine Kontrolle des mikrobiellen Wachstums in dem gesamten Kanalsystem fördern. Typischerweise sollte eine Reduktion des Mikrobengehaltes um 2 bis 3 Logarithmen (log) diese Kontrolle ermöglichen. Bevorzugt hat das behandelte Kanalwasser keine Kapazität, um neue mikrobielle Populationen oder Kolonien nach der Behandlung zu bilden. Jedoch kann ein geringer Anteil an Mikroben weiterhin in dem behandelten Wasser existieren.
2 ist ähnlich der 1, außer daß das Kanalwasser direkt aus der Kanaleinheit erhalten wird. Kanalwasser, das die charakteristische Schmutzbelastung enthält, wird aus dem Bearbeitungsende 19 des Kanals erhalten. Solches Wasser wird über die Pumpe 20 durch die Leitung 4 in die Behandlungszonenleitung 1 geführt. Nachdem die Behandlung abgeschlossen ist, wird das behandelte Kanalwasser in die Kanalvorrichtung an irgendeinen geeigneten Punkt zurückgeführt. Wiederum kann die Ozonisierung des Kanalwassers 4 durch direkte Injektion von Ozongas in die Behandlungszone 1 aus dem Ozongenerator 3 erfolgen ohne zusätzliches Wasser aus der Zuführleitung 2 oder durch Ozoni sierung des Wassers aus der Zuführleitung 2 und dieses ozonisierte Wasser mit dem durch Leitung 4 zugeführten Kanalwasser vermischt werden. In 2 wird das behandelte Wasser in den Kanaltransportstrom in Leitung 5 zurückgeführt.
In einem kontinuierlichen Strömungssystem wird Ozon oder ozonisiertes Wasser typischerweise in die Behandlungszone an oder nahe der Stelle des Kanalwassereintritts des Systems eingeleitet. Sofortiger und inniger Kontakt zwischen Kanalwasser mit der charakteristischen Schmutzbeladung und Ozon oder ozonisiertem Wasser stellt sicher, daß das Volumen an Kanalwasser ausreichend ist und angemessen behandelt wird, um mikrobielle Populationen zu vermindern vor dem Austritt des Kanalwassers aus der Behandlungszone. Außerdem stellt das Aufrechterhalten eines nahen und innigen Kontaktes zwischen Ozon und Kanalwasser in der Behandlungszone sicher, daß das Kanalwasser nach seinem Austreten eine wesentlich verminderte Ozonkonzentration hat und sicher mit Geräten, Produkt und Betriebspersonal in Kontakt sein kann. Die Behandlungszone sollte zu einer Bewegung der Mischung von Kanalwasser und Ozon führen oder sollte dazu ausgebildet sein, um einen innigen Kontakt zwischen allen Anteilen von Kanalwasser, Schmutzbelastung, mikrobieller Population und Ozon sicherzustellen, um sicherzustellen, daß Ozon effizient verwendet wird, um die mikrobiellen Populationen zu vermindern. Der Tank kann statische und dynamische Rührvorrichtungen enthalten, um einen vollständigen Kontakt sicherzustellen.
Wie oben beschrieben wird das Produkt aus dem Ozongenerator 3 entweder direkt mit dem Kanalwasser in der Behandlungszone oder mit einem wäßrigen Strom 2 in Kontakt gebracht, um einen ozonisierten Wasserstrom zu erzeugen, der mit dem Kanalwasser in der Behandlungszone in Kontakt gebracht wird. Bei der letzteren Methode kann das ozonisierte Wasser Ozon sowohl in Lösung als auch in Gasphase enthalten. In dem Fall, in dem überschüssiges Ozon mit dem wäßrigen Strom vermischt wird, wird der ozonisierte Strom eine größere Menge an Ozon enthalten, als vollständig in dem wäßrigen Strom gelöst werden kann. Solches Ozon wird in die Behandlungszone getragen und mit dem Kanalwasser vereinigt, um zu einer hohen, aber wirksamen Konzentration an Ozon in der Behandlungszone zu führen.
Versuchsdaten
Es wurden Mikrobenabtötungsuntersuchungen durchgeführt unter Verwendung eines Kanalmodells im Labormaßstab, das so ausgebildet war, daß es Bedingungen reproduzierte, die in einer typischen Kanaleinheit, wie sie in 2 gezeigt ist, vorliegen. Die Labortests wurden durchgeführt unter Verwendung eines Tanks mit 130 l (Kanal 12), der 50 oder 100 l Kanalabwasser enthielt, als Version der in 2 gezeigten Kanalvorrichtung im Labormaßstab. Das Kanalabwasser oder abfließendes Kanalwasser wurde erzeugt, indem eine eintsprechend abgewogene Menge an Gemüsematerial (z.B. Kartoffeln, Tomaten, Erbsen) in einem handelsüblichen Mischer zerkleinert wurde und 1 bis 2 Tage bei Raumtemperatur gealtert wurden, damit die Mikrobenzahlen in dem Testgemüsepürree anstiegen. Dieses Gemüsepürree wurde unter konstanter Bewegung dem Tank, der Wasser enthielt, zugegeben und gerührt, um ein Kanalabwasser zu erzeugen. Diese Mischung wurde durch eine Transportleitung 4 im Labormaßstab in die Behandlungszone 1 (die die Pumpe, den statischen Mischer und den Ejektor enthielt) zirkuliert. Das Volumen dieser Behandlungszone 1 war ungefähr 0,30 l, was somit ein Volumenverhältnis von Behandlungszone zu Kanalabwasser von etwa 1:167 bis 333 (0,3 bis 0,6 kontinuierliche Behandlungsvolumenprozent) lieferte. Nach Ozonbehandlung wurde das Kanalwasser in den Kanal über eine Transportleitung 5 zurückgeführt. Eine Oxidations-Reduktions-Potential-(ORP)-Sonde wurde in die Nähe der Oberfläche des Laborkanals 12 gebracht, um restliches wäßriges Ozon zu messen. Ein ORP-Wert > ~ 400 mV würde restliches wäßriges Ozon anzeigen, das nicht in der Behandlungszone verbraucht wurde.
Es wurden Tests an Transportwasser durchgeführt, das mit einer Schmutzbeladung kontaminiert war, die aus drei verschiedenen Gemüsematerialien hergestellt worden war; Kartoffel 3, Tomate 4 und Erbse 5. Die aus diesen Versuchen erhaltenen Daten, die in den 3 bis 5 gezeigt sind, zeigen die Wirksamkeit von Ozon bei der Verminderung von Mikrobengehalten (Standardplattenzählung, Gesamtmikroben) für Lösungen, die gemahlene und suspendierte/lösliche Konzentrationen an Kartoffeln, Tomaten und Erbsen enthalten. Die Daten zeigen das unerwartete Ergebnis, daß bei Wasser, das eine Schmutzbelastung enthält, eine Reduktion um mehr als 2 Logarithmen (log) erreicht werden kann, wenn eine Behandlungszone verwendet wird, sogar bei solchem Wasser, das typische Gehalte an Gemüsematerial enthält, die sich üblicherweise in Kanalwasser finden, was hohe Ansprüche stellt.
In einem gut gemischten Tank kann die Reduktion der Mikrobenpopulationen eine 100%ige Abtötung in einem einzigen Durchlauf durch eine Behandlungszone erzielen, wenn die Konzentration der Schmutzbelastung mit Kartoffel, Tomate oder Erbse kleiner als 1% des Kanalwasservolumens ist.
Die Daten in 6 sind ein Beispiel für die Verwendung verschiedener Ozonzugaberaten, um eine mikrobielle Kontrolle zu bewirken. Die Ergebnisse zeigen, daß eine geringe Wirkung der Mikrobenreduktionsrate gefunden wird bei einer vierfachen Ozonisierungsrate. Offensichtlich wird der Kanalmikrobengehalt mehr beeinflußt durch das Volumen an behandeltem Gemüseabwasser als durch überschüssiges Ozon bei der Untersuchung mit höherer Ozonisierung, wo es durch das Gemüsematerial verbraucht wird (innerhalb der Behandlungszone) und nicht für eine weitere Mikrobenreduktion in dem Kanalsystem zur Verfügung steht. Dies zeigt die Wirkung einer neuen Ozonbehandlung gegenüber der Systembehandlung des Standes der Technik.
Weiterhin zeigen die Daten der 3 bis 5, daß dann, wenn die Belastung mit Schmutz von 1% auf etwa 6% ansteigt, die Menge an Ozon nicht-linear in einer Rate ansteigt, die kleiner ist als die Rate des Anstiegs der Schmutzbelastung, um vergleichbare Abtötungsergebnisse zu erzielen. Bezugnehmend auf 4 ist dann, wenn die Schmutzbelastung mit Tomaten um das Dreifache ansteigt, die Menge an verbrauchtem Ozon, um eine Reduktion der Mikrobenpopulationen von mehr als 3 log zu erhalten, relativ konstant.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, der auf eine restliche wäßrige Ozonkonzentration in dem Kanalsystem für die Mikrobenkontrolle vertraut, wird bei dem vorliegenden Verfahren das restliche Ozon außerhalb der Behandlungszone minimiert und die Sicherheit des Arbeiters bleibt erhalten, obwohl immer noch eine Mikrobenreduktion möglich ist. Bei den vorliegenden Versuchen wurde eine im Handel erhältliche und routinemäßig verwendete Oxidations-Reduktions-Sonde (ORP) in dem Kanaltank verwendet, um restliche wäßrige Ozonkonzentrationen zu messen. 7 zeigt die Beziehung zwischen ORP und wäßriger Ozonkonzentration mit einem exponentiellen Anstieg des Ozongehaltes für einen linearen Anstieg der ORP. Die Figur zeigt den Nutzen der ORP, um zu bestimmen, ob restliches wäßriges Ozon vorhanden ist, da Werte von ~ < 400 mV als vernachlässigbar angesehen werden und Werte von mehr als ~ 800 mV für den Restgehalt wesentlich sind.
8 vergleicht ein System ohne Schmutzbelastung (kein Gemüsematerial), das mit der vorliegenden Methode behandelt wurde, über die Zeit mit zwei mit Gemüse belasteten Systemen bezüglich der Mikrobenreduktion in den 3 und 5. Für das nicht belastete System steigt bei der Ozonisierung der ORP-Wert von ~ 300 mV (kein Ozon zur Zeit 0) auf > 800 mV (wesentlicher Anteil an wäßrigem Ozon) nach 10 Minuten Ozonisierung. Umgekehrt steigt, wenn Gemüsematerial vorhanden ist, der ORP-Wert der im Kanal vorhandenen Lösung sogar nach 60 Minuten Ozonisierung nicht über die 300 mV-Marke, was andeutet, daß im wesentlichen kein restliches wäßriges Ozon im Kanal vorhanden ist. Dies zeigt das einzigartige Prinzip, daß das Ozon innerhalb der Behandlungszone verbraucht werden kann (durch Gemüse und mikrobielles Material) ohne, daß, wie im Stand der Technik, ein Restgehalt erforderlich ist, um eine Mikrobenkontrolle zu bewirken und ohne Probleme wegen einer Entgasung. Es ist anzumerken, daß eine ORP-Messung, die innerhalb der Behandlungszone aufgenommen wird (im Gegensatz zu der vorher erwähnten Kanal-ORP außerhalb der Behandlungszone) von etwa 170 mV (zur Zeit 0 ohne vorhandenes Ozon) auf > 800 mV ansteigt über einen Behandlungszeitraum von 60 Minuten. Dies zeigt die Idee, daß innerhalb der Behandlungszone wäßriges Ozon existiert, aber im Kanal (außerhalb der Behandlungszone) kein vergleichbarer ORP-(oder Ozongehalt-)-Anstieg gefunden wird.
Die Daten der Tabelle I erläutern den Mangel an restlichem Ozon für ein Kanalabwasser mit Erbsenmaterial. Die Lösung wurde 2 Minuten lang ozonisiert, das Ozon entfernt und die Mikrobenabtötung über die Zeit verfolgt. Die Daten zeigen, daß innerhalb der Ozonisierungszeit von 2 Minuten eine Mikrobenreduktion von 1,35 log-Einheiten im Kanal gefunden wird, aber mit Entfernung der Ozonquelle keine zusätzliche restliche Reduktion der mikrobiellen Population auftritt; d.h., daß eine Mikrobenreduktion nur auftritt innerhalb der Behandlungszone, wenn die Ozonisierung erfolgt, und keine weitere Reduktion im Kanal auftritt nach der Entfernung. Tabelle I

*Ozon wurde angeschaltet zum Zeitpunkt 0 Minuten und abgeschaltet zum Zeitpunkt 2 Minuten.

Die obige Diskussion, die Beispiele und die Daten erläutern das derzeitige Verständnis der Erfindung. Da jedoch viele Variationen der Erfindung erfolgen können, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, geben die beigefügten Ansprüche die Erfindung vollständiger wieder.

Claims

Verfahren zum Reinigen von Wasser, das beim Transport von Gemüse anfällt, wobei – das Wasser im Kreislauf geführt wird, – ein Teil des Wassers in eine Behandlungszone abgezweigt und dort mit einer Menge von 1 bis 50 ppm Ozon in Kontakt gebracht wird, – der behandelte Teil des Wassers in den Kreislaufstrom zurückgeführt wird, – und bei Verlassen der Behandlungszone der behandelte Teil des Wassers eine Ozonkonzentration kleiner 0,5 ppm hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als 10 Vol.-% des Kreislaufstromes in die Behandlungszone abgezweigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnde Teil des Kreislaufstroms mit 1 bis 20 ppm Ozon behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als 2 Vol.-% des Kreislaufstroms abgezweigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 0,1 bis 0,9 Vol.-% des Kreislaufstroms abgezweigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser durch die Behandlungszone mit 25 bis 4000 l/min strömt und das behandelte Volumen 0,5 bis 200 Liter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung bei einer Temperatur von 5 bis 40°C stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung bei einer Temperatur von 10 bis 30°C stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des zu behandelnden Teils des Wassers in der Behandlungszone auf 5,5 bis 8,5 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ozongas direkt mit dem zu behandelnden Teil des Wassers in Kontakt gebracht wird.