DE19940110A1 - Reinigungsmittel für Entsorgungssysteme auf biologischer Basis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsmittel für Entsorgungssysteme auf biologischer Basis, enthaltend eine Mischung aus Glyzeriden von nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen, nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen und Salzen und Amiden mit bis zu 18 C-Atomen sowie Sporen eines aeroben, sporenbildenden und membrangebundenen Lipase exprimierenden Mikroorganismus, wobei das Reinigungsmittel die Sporen des Mikroorganismus zusammen mit einem Träger mikroverkapselt enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsmittel für Entsorgungssysteme auf biologischer Basis, das eine Mischung aus Glyzeriden von nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen, nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen und Salzen und Amiden von nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen sowie Sporen eines aeroben, sporenbildenden und membrangebundene Lipase exprimierenden Mikroorganismus enthält.

Es ist bekannt, verstopfte Entsorgungsrohre mit chemischen Reinigungsmitteln gängig zu machen. Solche chemischen Reinigungsmittel enthalten zumeist Ätznatron und Natriumhypochlorit. Sie sind stark alkalisch und wirken in einer Weise, daß die Ablagerungen nach chemischer Reaktion entweder in eine lösliche Form überführt werden oder ihre Haftung an den Systemwandungen verlieren. Eine mechanische Abtrennung von Fetten aus dem Abwasser mit Hilfe von Fettabscheideanlagen ist allerdings bei Einsatz solcher chemischen Methoden nicht mehr möglich. In jedem Fall enthalten die herkömmlichen chemischen Reinigungsmittel Schadstoffe, die geeignet sind, die Funktionsfähigkeit von Kläranlagen zu beeinträchtigen.

Im Stand der Technik sind eine Reihe von enzym- und mikroorganismenhaltigen Reinigungssystemen bekannt, die solche Entsorgungssysteme auf biologische Art und Weise reinigen. So wird in der DE 33 22 950 C ein Reinigungsmittel beschrieben, das als aktive Komponente das Enzym Cellulase aus Bakterien der Gattung Cellulomonas enthält und insbesondere für den Abbau von Celluloseablagerungen geeignet ist.

Gemäß US 3 418 251 A wird ein Reinigungsmittel aus abrasiv wirkenden Stoffen, z. B. Siliciumdioxid, Tensiden und vermehrungsfähigen Mikroorga­ nismen, bevorzugt Bazillus subtilis und anderen Gattungen von Bazillus, beschrieben, das für den Abbau von Ablagerungen in Rohrsystemen geeignet ist. Nachteil dieser Reinigungsmittel ist, daß sowohl die Mikroorganismen als auch die Enzyme durch das regelmäßig abfließende Wasser von den abzubauenden Ablagerungen weggespült werden. Aus diesem Grund müssen derartige Reinigungsmittel nachdosiert werden. Die Mikroorganismen bzw. Enzyme gelangen dabei auch in Fettabscheider und entfalten dort ihre Wirkung, was dem Fettabscheider seine Funktion nimmt.

Ein weiterentwickeltes Vorreinigungsmittel ist in der DE 44 28 834 C beschrieben. Dieser Rohrreiniger besteht aus zwei Komponenten, einer ersten Komponente mit einem Fettsäureestergemisch mit gelösten fettsauren Salzen und Fettsäureamiden sowie nativen Ölen und einer zweiten Komponente aus einen organischen Trägermaterial, vermehrungsfähigen Mikroorganismen und Enzymen.

Der Rohrreiniger gemäß DE 44 28 834 C hat trotz guter Funktionen zwei grundsätzliche Nachteile. Zum einen ist dies die beschränkte Lagerfähigkeit, da die zweite Komponente aufgrund ihres Gehaltes an lebenden Mikroorganismen und funktionsfähigen Enzymen in ihrer Haltbarkeit stark begrenzt ist. Nach Ablauf der zulässigen Lagerzeit verliert dieser Rohrreiniger seine Aktivität weitestgehend. Zum anderen hängt das Haftungsverhalten der Mikro­ organismen und der Enzymen entscheidend von der ersten Komponente ab. Durch Hydrolasen werden die Kohlenstoff- und Stickstoffquelle aus der Komponente 1 bereitgestellt. Das bedeutet, daß das Wachstum der vermeh­ rungsfähigen Mikroorganismen das Vorhandensein von Hydrolasen in der Komponente 2 notwendig ist. Sind Fettabscheider vorhanden, gelangen aber gerade diese Hydrolasen durch den täglichen Abwasserfluß in den Fettabscheider und führen zu einer Spaltung der Fette und einer Ver­ schlechterung der Abwasserqualität.

Eine Weiterentwicklung dieses Vorreinigers ist in der DE 198 50 012.2 beschrieben. Der dort beschriebene zweikomponentige Rohrreiniger macht Gebrauch von Sporen eines aeroben, sporenbildenden und membrangebun­ denen Lipase exprimierenden Mikroorganismus, der zusammen mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion eines Triglyzerids, einer Kohlenstoffquelle, einer Stickstoffquelle und eines Emulgators zur Beseitigung von Fettablagerungen eingesetzt wird.

Der biologische Rohrreiniger gemäß DE 198 50 012.2 hat sich im Grunde genommen bewährt. Nachteilig ist jedoch nach wie vor die Notwendigkeit, zwei Komponenten aufeinander abgestimmt einzusetzen. Da nach der Dosierung der ersten Komponente eine Einwirkzeit von wenigsten 6 h notwendig ist, ist eine Fehlanwendung nicht auszuschließen.

Insgesamt wäre es wünschenswert, über einen Rohrreiniger auf Basis von Sporen eines aeroben, sporenbildenden und membrangebundene Lipase exprimierenden Mikroorganismus zu verfügen, der hinreichend lagerstabil ist und die Sporulation im Mittel selbst zuverlässig unterbindet, dagegen nach der Anwendung zuverlässig ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Reinigungsmittel der eingangs genannten Art gelöst, das die Sporen der Mikroorganismen zusammen mit einem Träger in wasserlöslichen Mikrokapseln enthält.

Das erfindungsgemäße Reinigungsmittel für Entsorgungssysteme auf biolo­ gischer Basis beruht auf einer Mischung aus Fettsäurekomponenten, die geeignet sind, in Fettablagerungen einzudringen, diese aufzuweichen und anzulösen und dadurch Raum für die Ansiedlung und Entwicklung von Mikroorganismen zu schaffen. Die Mikrokapseln mit den Sporen befinden sich ebenfalls in der Mischung, in der sie sich nach Verdünnung mit Wasser langsam auflösen.

Die Aufweichung der Fettablagerungen geschieht in erster Linie durch die Glyzeride und die Fettsäuren.

Die Mischung hat eine im wesentlichen lösende Wirkung, die dazu dient, die Ablagerungen für die Mikroorganismen zugänglich zu machen. Naturgemäß sind diese Komponenten als Kohlenstoffquelle für Mikroorganismen geeignet. Daneben dienen die Fettsäureamide als Stickstoffquelle. Die Mischung hat zweckmäßigerweise einen pH-Wert von 7,0 bis 7,5.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält mikroverkapselte Sporen von obligat aeroben Mikroorganismen. Durch die Verwendung von Sporen wird erreicht, daß auch bei längerer Lagerzeit kein Aktivitätsverlust eintritt.

Bei den eingesetzten Mikroorganismen handelt es sich um solche, die eine membrangebundene Lipase exprimieren können. Das erfindungsgemäße Mittel erlaubt es, daß sich die Mikroorganismen aus den Sporen nach der Freisetzung an ihrem Einsatzort entwickeln und von ihnen gewünschte Aktivität zeigen. Enzymaktivität und Mikroorganismus sind dabei aneinander gekoppelt, unerwünschte Enzymaktivität durch Abschwemmen des Enzyms wird so vermieden.

Die Sporen befinden sich in einem Trägermaterial, vorzugsweise einem Triglyzerid der hier beschriebenen Fettsäuren, das vorzugsweise zudem einen Zucker oder ein Zuckerderivat und insbesondere Sorbit enthält. Sie werden freigesetzt, sobald das Reinigungsmittel mit Wasser verdünnt wird und sich die Kapseln aufgelöst haben. Die Mischung wird insgesamt zum Einsatzort getragen, wo die sich entwickelnden Mikroorganismen ihre Wirkung entfalten. Bei Verwendung eines Zuckers als Träger ist eine hervorragende Konservierung der Sporen gewährleistet. Nach Freisetzung der Sporen bewirkt die Mischung die direkte Einlagerung der Sporen am Einsatzort, nämlich in den Fettablagerungen. Die Menge der Sporen in den Kapseln liegt dabei zweckmäßigerweise im Bereich von 1 × 10⁶ bis 1 × 10⁹ KBE/g Reinigungsmittel und insbesondere von 5 × 10⁷ bis 5 × 10⁸ KBE/g.

Für die Verkapselung kommen insbesondere übliche Weichgelatinekapseln in Frage.

Als sporenbildende Mikroorganismen kommen insbesondere Bakterien in Frage, die für Menschen, Tiere und Pflanzen nicht pathogen sind. Voraussetzung ist, daß es sich um aerobe Mikroorganismen handelt, die die membrangebundene Lipase exprimieren können. Die Mikroorganismenart oder der Stamm sind nicht entscheidend. Als besonders geeignet haben sich jedoch Mitglieder der Gattung Bazillus, vor allem diverse Stämme von Bazillus pabuli (Paenibacillus pabuli) erwiesen und davon insbesondere der Stamm DSM 10049, der nach den Bestimmungen des Budapester Vertrags bei der DSMZ in Braunschweig in lebensfähigen Zustand hinterlegt ist.

Es versteht sich, daß auch Mischungen von Sporen eingesetzt werden können, wenn sie den Randbedingungen genügen.

Als Glyzeride kommen Mono-, Di- und/oder Triglyzeride, insbesondere von nativen organischen Carbonsäuren mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen und/oder native Öle in Frage, wobei Triglyzeride der Capryl- und/oder Caprinsäure bevorzugt sind. Als natives Öl ist Rizinusöl bevorzugt, das ein Triglyzerid ist. Als weitere native Fettsäuren können beispielsweise Canrinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure und Ricinoleinsäure verwendet werden. Die nativen Fettsäuren, Salze und Amide stammen aus der gleichen Gruppe.

Die mengenmäßige Zusammensetzung des Gemisches aus Fettsäuren, Fettsäureglyzeriden, Fettsäuresalzen und Fettsäureamiden kann, je nach Einstellung des Herstellungsverfahrens in weiten Bereichen schwanken. Sie ergibt sich aus dem Verseifungsprozeß der nativen Öle und der anschließenden Einstellung des Neutralpunktes. Der Gehalt an Fettsäureglyzeriden beträgt zweckmäßigerweise etwa 50% oder mehr. Das Verhältnis der Glyzeride zu den freien Säuren, ihren Salzen und ihren Amiden liegt zumeist im Bereich von 25 : 75 bis 75 : 25, nach Gewicht. Entscheidend ist das Vermögen der Mischung, in die Ablagerungen einzudringen und sie anzulösen. Dies bedingt eine ölig/flüssige Konsistenz, die mit dem erfindungsgemäßen Mittel gegeben ist.

Als Kohlenstoffquelle für die Mikroorganismen dienen die in der Mischung enthaltenen Fettsäureverbindungen. Zusätzliche Kohlenstoffquelle kann der Träger für die Sporen sein, zweckmäßigerweise in Form von Zucker oder Zuckerderivaten, insbesondere Sorbit. Es sollte sich dabei um eine für den jeweils eingesetzten Mikroorganismus schnell verfügbare Quelle handeln, die nach der Keimung ohne größere Aufschluß fort metabolisiert werden kann. Das Fettsäureamid dient als Stickstoffquelle. Weitere Stickstoffquellen können vorhanden sein, bei denen es sich zweckmäßigerweise um übliche Ammoniumverbindungen, Harnstoff, Aminosäuren oder Hefeextrakte handelt.

Das erfindungsgemäße Mittel kann Emulgatoren enthalten, in der Regel solche, die üblicherweise zur Herstellung von Emulsionen aus Öl und Wasser verwandt werden.

Das erfindungsgemäße Rohrreinigungsmittel enthält vorzugsweise eine weitere Komponente, die die Keimung der Sporen unterstützt. Zweckmäßigerweise werden hierfür Aminosäuren eingesetzt, insbesondere Alanin. Als geeignet haben sich ferner Caseinhydrolisate erwiesen und Trypsin. Diese die Sporenkeimung fördernden Substanzen können sowohl in der Mischung als auch in der Kapsel vorliegen.

Das erfindungsgemäße Rohrreinigungsmittel arbeitet wie folgt: Da die lipophilen Ablagerungen in Entsorgungsleitungen regelmäßig von hydrophilen Bestandteilen durchsetzt sind, kommt es dort zur Anhaftung des erfin­ dungsgemäßen Mittels. Nach Ausbildung eines Films auf der Oberfläche der Ablagerungen dringen zunächst die Ölbestandteile in die Ablagerungen ein, später auch die mit Sporen beladenen Tröpfchen und die Nährstoffe in der wäßrigen Phase, wobei Vertiefungen und Taschen entstehen, die bis zur Rohrwand reichen und die fettlösenden und -spaltenden Komponenten ent­ halten. In Gegenwart von Wasser entsteht eine für die Keimung der Sporen günstige Umgebung.

Die Bestandteile des erfindungsgemäßen Mittels stellen insbesondere in der Anfangsphase der Entwicklung der Mikroorganismen die benötigten Kohlenstoff- und Stickstoffmengen bereit. Eine schnelle Keimung der Sporen und ein schnel­ les Wachstum ist somit gewährleistet. Weitere Nährstoff- und Energiequellen stellen die Ablagerungen dar, die durch die membrangebundenen Lipasen in biologische verfügbare Monomere gespalten werden. Die Sauerstoffversorgung der obligat aeroben Mikroorganismen findet über den gelösten Sauerstoff aus dem Abwasser statt. So entsteht ein aktiver Biofilm zwischen der wäßrigen Phase und der zu beseitigenden Ablagerung.

Durch die enzymatische Aktivität der Mikroorganismen, das mikrobielle Wachstum und die Wirkung der fettlösenden Bestandteile der Ölphase, werden die Vertiefungen und Taschen in den Ablagerungen vergrößert und ausgeweitet. Die Mikroorganismen dringen weiter in die Ablagerungen hinein vor. Dies führt dazu, daß sich die Ablagerungen in Bruchteilen von der Rohrwandung lösen und im Leitungssystem abgeführt werden. Falls vorhanden, werden die Fettpartikel in einer Fettabscheideanlagen von der wäßrigen Phase getrennt.

Die Überlebensfähigkeit der Mikroorganismen, die mit den Fettpartikeln in eine Fettabscheideanlage gelangen, ist allerdings recht gering. Dort herrschen in der Regel anaerobe Verhältnisse, die aus den dort herrschenden geringen Strömungsgeschwindigkeiten resultieren. Mit dem Tod der Mikroorganismen endet aber auch die Enzymaktivität, so daß es im Fettabscheider selbst nicht mehr zu Zersetzungs- und Ablösungserscheinungen kommt.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Rohrreinigers wird zweckmäßi­ gerweise so vorgegangen, daß die Mischung zur Auflösung der Gelatinekapseln in die gleiche Menge handwarmen Wassers eingerührt, und danach stehengelassen wird und die dabei entstandene Emulsion in das Entsor­ gungssystem abgegeben wird. Die Anwendung erfolgt vorzugsweise über Nacht, was der Mischung die notwendige Zeit zum Angriff auf und zur Ein­ lagerung in die Fettablagerungen gibt.

Der erfindungsgemäße Rohrreiniger hat eine Reihe von Vorteilen. Dies ist zum einen die lange Lagerfähigkeit, die durch den Einsatz der Sporen und durch die getrennte Aufbewahrung der Ölphase und der Sporen bedingt ist. Durch die erfindungsgemäße Zusammenstellung und Anwendung wird die zeitgerechte Aktivierung der Sporen durch das Einrühren in das Wasser und die Auflösung der Gelatinekapseln gewährleistet. Die vorhandene Nährlösung begünstigt die schnelle Sporenkeimung und das Anwachsen der Mikroorganismen, wie auch ein schnelles Durchsetzen der Fettablagerungen.

Durch Verwendung strikt aerober Mikroorganismen mit membrangebundenen Lipasen kann erreicht werden, das sich die Tätigkeit der Mikroorganismen strikt auf die Leitungssysteme beschränkt und es nicht mehr zur Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit nachgeschalteter Fettabscheider kommt. Dies ist bei herkömmlichen Rohrreinigungssystemen auf Basis freier Enzyme nicht gegeben.

Schließlich ist der erfindungsgemäße Rohrreiniger vollständig biologisch abbaubar und weist, aufgrund der Immobilisierung der Sporen und Bakterien an und in den Ablagerungen eine erhöhte Toleranz gegenüber Reinigungs- und Desinfektionsmitteln auf.

Die Sporen der einzusetzenden Mikroorganismen werden auf an und für sich bekannte Art und Weise erzeugt. Für die Sporulation wird beispielsweise Bazillus pabuli in einem Casein-Soja-Pepton-Medium kultiviert, dem Rizinusöl zugesetzt ist. Die Sporulation wird durch Anlegen von Vakuum während der Lager bei 4°C ausgelöst, ggf. auch durch Zugabe von Mangansalzen. Das sporenhaltige Medium wird dann auf übliche Weise auf die Sporen hin auf­ gearbeitet, mit dem Träger und der C-Quelle versetzt und dann mit 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Fettsäurederivate, Weichgelatine verkapselt. Die Kapseln werden dann in die Rohrreinigerabmischung eingebracht, wo sie gegen Umwelteinflüsse weitgehend abgeschottet und konserviert sind. Durch Zugabe von Wasser wird die Verkapselung aufgehoben und das sporenhaltige Medium freigesetzt. Die Verdünnung mit Wasser und ggf. der Kontakt mit einem die Sporenkeimung fördernden Mittel führt dann zur Aktivierung.

Eine typische Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Rohrreinigers liegt im folgenden Bereich:
40 bis 50 Gew.-% Fettsäureglyzeride
40 bis 50 Gew.-% Fettsäuren, Fettsäuresalze und Fettsäureamide
2,0 bis 7,5 Gew.-% üblicher nichtionischer Emulgator,
2,0 bis 5,0 Gew.-% Gelatinekapseln mit Sporen und Sorbit im Fettsäuretriglyzerid, davon 0,5 bis 1 Gew.-% Sorbit.

Claims (16)

1. Reinigungsmittel für Entsorgungssysteme auf biologischer Basis, enthaltend eine Mischung aus Glyzeriden von nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen, nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen und Salzen und Amiden von nativen Fettsäuren mit bis zu 18 C-Atomen sowie Sporen eines aeroben, sporenbildenden und membrangebundene Lipase exprimierenden Mikroorganismus, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel die Sporen des Mikroorganismus zusammen mit einem Träger in wasserlöslichen Mikrokapseln enthält.

2. Reinigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie Triglyzeride von organischen Carbonsäuren mit bis zu zehn Kohlenstoffatomen enthält.

3. Reinigungsmittel nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es das Triglyzerid von Capryl- und/oder Caprinsäure enthält.

4. Reinigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie von Rizinusöl abgeleitete Ester, Salze und Amide enthält.

5. Reinigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Glyzeride nativer Fettsäuren und Fettsäuren, Salze von Fettsäuren und Fettsäureamide in einem Gewichtsverhältnis von 25 : 75 bis 75 : 25 enthält.

6. Reinigungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gewichtsverhältnis 50 : 50 ist.

7. Reinigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokapseln ein Triglyzerid einer nativen Fettsäure mit bis zu 18 C-Atomen als Träger enthalten.

8. Reinigungsmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mikrokapseln Sorbit enthalten.

9. Reinigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Fettsäure Ölsäure enthält.

10. Reinigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in der Mischung eine die Sporenkeimung fördernde Substanz enthält.

11. Reinigungsmittel nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Sporenkeimung fördernde Substanz Trypsin oder Alanin ist.

12. Reinigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sporen solche von Paenibacillus pabuli sind.

13. Reinigungsmittel nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sporen solche von Paenibacillus pabuli DSM 10049 sind.

14. Reinigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sporen in Gelatinekapseln eingeschlossen sind.

15. Reinigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die Sporen in einer Menge von 10⁶ bis 10⁹ KBE/g Reinigungsmittel enthält.

16. Reinigungsmittel nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es die Sporen in einer Menge von 5 × 10⁷ bis 5 × 10⁸ KBE/g enthält.