DE202008013256U1

DE202008013256U1 - Device for detecting incipient biofilm formation

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Publication number: DE202008013256U1
Application number: DE200820013256
Authority: DE
Original assignee: Umex Dresden GmbH; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Umex Dresden GmbH; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2008-10-04
Filing date: 2008-10-04
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-10-05

Abstract

Biofilm-Sensorsystem (1), umfassend einen Sensor (4) und eine Auswerteeinheit (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4), welcher als Schwingquarz ausgeführt ist, innerhalb eines mit der zu überwachenden Flüssigkeit (3) gefüllten Behälters oder innerhalb eines von der zu überwachenden Flüssigkeit (3) durchströmten Rohrleitungssystems (2) angeordnet und mit der zu überwachenden Flüssigkeit (3) in Kontakt ist.Biofilm-sensor system (1), comprising a sensor (4) and an evaluation unit (10), characterized that the sensor (4), which designed as a quartz crystal is within one with the liquid to be monitored (3) filled container or within one of the liquid to be monitored (3) flowed through Piping system (2) arranged and with the monitored Liquid (3) is in contact.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis einer beginnenden Biofilmbildung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for detecting an incipient Biofilm formation according to the features of the preamble of the claim 1.

In allen Bereichen des Transportes, der Lagerung sowie der Behandlung von Wasser treten so genannte Biofilme auf. Diese entstehen, wenn Mikroorganismen sich an Grenzflächen anlagern und dort wachsen. Die Entwicklung von Biofilmen in solchen Systemen führt oft zu erheblichen Störungen und zu Einschränkungen der Wasserqualität. So können Biofilme in Rohrleitungen durch Erhöhung des Reibungswiderstandes und Verminderung der Querschnittsfläche deren Transportkapazität wesentlich vermindern. Der entstehende Bewuchs kann eine Dicke bis zu mehreren Zentimetern erreichen, was unter Umständen dazu führt, dass Rohre oder Schläuche mit geringerem Querschnitt auch völlig verschlossen werden. Durch abgerissene Biofilmteile oder Beläge entstehen zusätzlich ernste Sicherheitsprobleme durch Verstopfungen an Pumpen, Ventilen und Sensoren.In all areas of transport, storage and treatment of water occur so-called biofilms. These arise when Microorganisms attach to interfaces and grow there. The development of biofilms in such systems leads often to considerable disturbances and restrictions the water quality. So can biofilms in pipelines by increasing the frictional resistance and reduction the cross-sectional area of their transport capacity significantly reduce. The resulting growth can be up to a thickness to reach several centimeters, which may be causes pipes or hoses with less Cross section also be completely closed. By torn off Biofilm parts or coverings are also created serious safety problems due to blockages on pumps, valves and Sensors.

Auf Grund ihrer Struktur beeinträchtigen Biofilme auch die Effektivität von Wärmetauschern. Hierfür ist neben der Erhöhung des Reibungswiderstandes hauptsächlich die Verschlechterung der Wärmeübergangskoeffizienten verantwortlich. Die Ausbildung gelartiger Biofilmschichten auf den Membranen von Ultrafiltrations- und Umkehrosmoseanlagen führt zu erheblichen Druckanstiegen und verschlechtert die Qualität des Ablaufwassers. Der Extremfall ist hier der Totalausfall dieser Komponenten durch eine irreversible Verblockung. Darüber hinaus sind mikrobielle Beläge in vielen Fällen direkt an der vorzeitigen Alterung bzw. Zerstörung von besiedelten Materialien beteiligt. Dies betrifft die Versprödung von Kunststoffen durch Abbau von Polymerbestandteilen oder die Auflösung von Metallen durch die Bildung von Säuren oder Komplexbildnern. Nicht zuletzt können Biofilme auch die ästhetische oder die hygienische Qualität des Wassers negativ beeinflussen, was insbesondere beim Trinkwasser von Bedeutung ist.On Because of their structure biofilms also affect the Effectiveness of heat exchangers. Therefor is besides the increase of frictional resistance mainly the deterioration of the heat transfer coefficients responsible. The formation of gelatinous biofilm layers on the Membranes of ultrafiltration and reverse osmosis systems leads to significant pressure increases and deteriorates the quality of the drainage water. The extreme case here is the total failure of this Components due to irreversible blocking. About that In addition, microbial coverings are in many cases directly to the premature aging or destruction of involved in populated materials. This concerns the embrittlement of plastics by degradation of polymer components or dissolution of metals by the formation of acids or complexing agents. Last but not least, biofilms can also be the aesthetic or adversely affect the hygienic quality of the water, which is especially important for drinking water.

Der Hauptbestandteil von Biofilmen ist Wasser, welches von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) der Biomasse gebunden wird. Dies sind hauptsächlich Polysacharide und Proteine, die in der Lage sind, eine gelartige klebrige Struktur auszubilden.Of the The main component of biofilms is water, which is extracellular polymeric substances (EPS) of the biomass is bound. These are mainly Polysaccharides and proteins that are capable of producing a gelatinous to form a sticky structure.

Sowohl die Geschwindigkeit, mit der Biofilme ausgebildet werden, als auch deren Morphologie werden durch eine Reihe von Faktoren bestimmt. Zu ihnen gehören die chemische und biologische Beschaffenheit des Wassers, die hydromechanischen Bedingungen und die Struktur der Oberfläche, die potentiell besiedelt wird. Biofilme werden in den wenigsten Fällen gleichmäßig ausgebildet. Die Zeit die hierfür benötigt wird, ist als relativ lang anzusehen.Either the speed at which biofilms are formed, as well their morphology are determined by a number of factors. They include the chemical and biological nature water, hydromechanical conditions and structure the surface that is potentially populated. biofilms become even in the fewest cases evenly educated. The time needed for this is considered to be relatively long.

Insbesondere für die Sicherstellung des hygienisch einwandfreien Zustandes von Wasseraufbereitungsanlagen oder die Aufrechterhaltung von produktionsbestimmenden Qualitätsparametern in Reinstwassersystemen macht sich eine kontinuierliche Überwachung der biologischen Aktivität, die zur Biofilmbildung führt, erforderlich. Nur auf diese Weise können rechtzeitig erfolgreich Gegenmaßnahmen getroffen oder Anlagenkomponenten ausgetauscht werden. Allerdings liefern analytisch erfassbare Messgrößen aus der flüssigen Phase keine oder nur sehr ungenügende Aussagen über sich im System befindende Biofilme. Für deren Charakterisierung ist die Erarbeitung eines gesonderten Analysenkonzeptes notwendig.Especially for ensuring the hygienically perfect condition from water treatment plants or the maintenance of production-determining Quality parameters in ultrapure water systems are on continuous monitoring of biological activity, which leads to biofilm formation, required. Only on this Way can take timely countermeasures successfully or system components are exchanged. However deliver analytically measurable quantities from the liquid Phase no or very inadequate statements about biofilms in the system. For their characterization it is necessary to develop a separate analytical concept.

Nach dem Stand der Technik wird gegenwärtig eine Reihe von sehr unterschiedlichen Messprinzipien angewandt, die über die Erfassung relevanter physikalischer Größen von Biofilmen diese detektieren und teilweise näher beschreiben können. Dazu werden die jeweiligen Konzepte in Form von Biofilm-Sensoren umgesetzt, die an die entsprechenden Anforderungen mehr oder weniger gut angepasst sind.To The prior art is currently a number of very applied different measuring principles, which over the Capture relevant physical quantities of Biofilms detect this and partially describe it in more detail can. For this purpose, the respective concepts in the form of Biofilm sensors implemented that meet the appropriate requirements more or less well adjusted.

In DE 10 2006 057 975 A1 wird ein Sensor zur Detektion von Mikroorganismen beschrieben, der auf Quorum Sensing-Komponenten aufgebaut ist. Hiezu werden an der Sensoroberfläche Liganden zur Bindung eines Rezeptors angebracht und die sich beim Bindungsprozess der von den Mikroorganismen ausgesandten Substanzen an die Sensoroberfläche verändernden physikalischen Parameter erfasst und ausgewertet.In DE 10 2006 057 975 A1 describes a sensor for the detection of microorganisms, which is based on quorum sensing components. For this purpose, ligands for binding a receptor are attached to the sensor surface and are detected and evaluated during the binding process of the substances emitted by the microorganisms to the surface of the sensor changing physical parameters.

In DE 37 33 986 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die unter Nutzung eines piezoelektrischen Schwingquarzes und an dessen Oberfläche immobilisierten Biomolekülen durch eine entsprechende Gewichtsänderung bestimmte biochemische Prozesses detektieren kann.In DE 37 33 986 A1 describe a method and a device that can detect certain biochemical process by using a piezoelectric quartz crystal and biomolecules immobilized on its surface by a corresponding change in weight.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Nachweis einer beginnenden Biofilmbildung anzugeben.Of the Invention is based on the object, a device for detection indicate an incipient biofilm formation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Biofilm-Sensorsystem, umfassend einen Sensor und eine Auswerteeinheit, nach den Merkmalen des Anspruchs 1.The The object is achieved by a biofilm sensor system comprising a sensor and an evaluation unit, according to the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In einem Biofilm-Sensorsystems, welches einen Sensor und eine Auswerteeinheit umfasst, ist der Sensor erfindungsgemäß als Schwingquarz ausgeführt und innerhalb eines mit der zu überwachenden Flüssigkeit gefüllten Behälters oder innerhalb eines von der zu überwachenden Flüssigkeit durchströmten Rohrleitungssystems angeordnet und mit der zu überwachenden Flüssigkeit in Kontakt.In a biofilm sensor system comprising a sensor and an evaluation unit, the Sensor according to the invention designed as a quartz crystal and disposed within a filled with the liquid to be monitored container or within a flowed through by the liquid to be monitored piping system and in contact with the liquid to be monitored.

Mittels dieses erfindungsgemäßen Biofilm-Sensorsystems ist eine kostengünstige kontinuierliche Überwachung in praktisch allen Bereichen des Transports, der Lagerung sowie der Behandlung von Wasser, in denen eine beginnende Biofilmbildung sicher detektiert werden muss, sichergestellt, beispielsweise eine Überwachung von Wasseraufbereitungs- und -verteilungssystemen. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist frühzeitig und zuverlässig erkennbar, ob sich ein Biofilm in einem zu überwachenden System bildet und wie stark dieser ist, so dass bei einer vorgebbaren kritischen Masse beispielsweise ein Alarm auslösbar und daraufhin entsprechende erforderliche Gegenmaßnahmen einleitbar sind. Dieses Biofilm-Sensorsystem verfügt über eine sehr hohe Zuverlässigkeit bei gleichzeitig hoher Messempfindlichkeit, und auch in kontinuierlich durchflossenen Systemen ist ein dauerhafter problemloser Betrieb sichergestellt.through this biofilm sensor system according to the invention is a cost-effective continuous monitoring in virtually all areas of transport, storage as well the treatment of water, in which an incipient biofilm formation must be detected safely ensured, for example, a monitoring of water treatment and distribution systems. By means of the invention Solution is recognizable early and reliably, whether a biofilm forms in a system to be monitored and how strong this is, so that at a given critical For example, ground an alarm triggered and then appropriate countermeasures can be introduced. This biofilm sensor system has a very high reliability with high measuring sensitivity, and also in continuously flowing systems is a permanent one trouble-free operation ensured.

Das Biofilm-Sensorsystem umfasst zweckmäßigerweise eine mit der Auswerteeinheit über ein Datenkabel verbundene Oszillografeneinheit zur Erfassung, Darstellung und Auswertung von Sensorergebnissen. Der Sensor, welcher als Schwingquarz ausgeführt ist, ist mittels eines geeigneten elektrischen Wechselfeldes zu mechanischen Resonanzschwingungen anregbar. Eine Resonanzfrequenz des Schwingquarzes ist dabei abhängig von seiner Masse. Eine Masseerhöhung an einer Oberfläche des Schwingquarzes durch eine Anlagerung von Biofilm hat eine Erniedrigung der Resonanzfrequenz zur Folge, auch bereits eine sehr geringe Anlagerung von Biofilm in einem Bereich von wenigen Nanogramm. Mittels der Auswerteeinheit ist das geeignete elektrische Wechselfeld an den Sensor anlegbar, die Resonanzschwingungen des Sensors erfassbar und in geeigneter Form an die Oszillografeneinheit weiterleitbar, auf welcher diese Resonanzschwingungen erfassbar, darstellbar und auswertbar sind.The Biofilm sensor system suitably includes one connected to the evaluation unit via a data cable Oscillograph unit for acquisition, display and evaluation of Sensor results. The sensor, which is designed as quartz crystal is is by means of a suitable alternating electric field to can be excited by mechanical resonance vibrations. A resonance frequency of the Oscillating quartz depends on its mass. A Mass increase on a surface of the quartz crystal by an attachment of biofilm has a lowering of the resonance frequency As a result, even a very small accumulation of biofilm in a range of a few nanograms. By means of the evaluation unit is the appropriate alternating electric field applied to the sensor, the resonant vibrations of the sensor can be detected and in a suitable Form forwarded to the Oszillografeneinheit on which this Resonant vibrations can be detected, displayed and evaluated.

Die Auswerteeinheit ist in vorteilhafter Weise in einen Sensorsockel integriert. Auf diese Weise ist ein kompaktes, robustes und Platz sparendes Biofilm-Sensorsystem realisiert.The Evaluation unit is advantageously in a sensor base integrated. This way is a compact, sturdy and space saving biofilm sensor system realized.

Bevorzugt ist mittels der Oszillografeneinheit aus einer Resonanzfrequenz des Sensors eine Masse eines an diesem Sensor angelagerten Biofilms ermittelbar und bei einem Erreichen und/oder Überschreiten einer vorgebbaren Masse des an dem Sensor angelagerten Biofilms ist vorzugsweise ein Alarmsignal auslösbar. Eine Veränderung der Masse des am Sensor angelagerten Biofilms korrespondiert mit einer Veränderung der Resonanzfrequenz, so dass aus der mittels der Oszillografeneinheit dargestellten Resonanzfrequenz die Masse des am Sensor angelagerten Biofilms ermittelbar ist, so dass bei Erreichen und/oder Überschreiten einer vorgebbaren kritischen Masse zum Beispiel ein Alarm auslösbar ist, woraufhin entsprechende Maßnahmen einleitbar sind, beispielsweise einer Reinigung einer solchen überwachten Anlage.Prefers is from a resonant frequency by means of the oscillograph unit of the sensor a mass of an attached to this sensor biofilm ascertainable and upon reaching and / or exceeding a predeterminable mass of biofilm attached to the sensor an alarm signal is preferably triggered. A change the mass of the biofilm attached to the sensor corresponds to a change in the resonant frequency, so that from the resonant frequency represented by the oscilloscope unit the mass of the biofilm attached to the sensor can be determined, then that upon reaching and / or exceeding a predetermined critical Mass, for example, an alarm is triggered, prompting appropriate action can be introduced, for example, a cleaning of such monitored Investment.

Der Sensor ist in einer vorteilhaften Ausführungsform innerhalb eines künstlich gebildeten Totraums des Behälters oder des Rohrleitungssystems angeordnet, welcher vorzugsweise durch ein auf einer Öffnung des Behälters angeordnetes Rohrstück oder durch ein in das Rohrleitungssystem integriertes T-Stück gebildet ist. Auf diese Weise ist der Sensor beispielsweise nicht direkt innerhalb eines Wasserstroms angeordnet, welcher eine überwachte Wasserleitung durchfließt, wodurch sichergestellt ist, dass sich der Biofilm am Sensor ungestört entwickeln kann und Sensorergebnisse nicht durch ein stömungsbedingtes Abreißen des Biofilms verfälscht sind. Eine einfache, kostengünstige, effiziente und schnell zu realisierende Möglichkeit der Anbringung des Sensors auch in bereits bestehenden Anlagen ist bei Rohrleitungssystemen ein Einsetzen eines T-Stücks, in welchem der Sensor angeordnet ist, in das Rohrleitungssystem, und bei Behältern ein Aufsetzen eines mit dem Sensor bestückten Rohrstück auf eine entweder schon vorhandene oder anzufertigende Öffnung des Behälters.Of the Sensor is in an advantageous embodiment within an artificially formed dead space of the container or the piping system, which preferably by a disposed on an opening of the container Pipe piece or through a built-in T-piece in the piping system is formed. In this way, the sensor is not, for example disposed directly within a water flow which is a monitored one Water pipe flows through, thereby ensuring that the biofilm on the sensor can develop undisturbed and Sensor results are not due to flow-related tearing off biofilm are distorted. A simple, inexpensive, efficient and quick to realize possibility of Attachment of the sensor in already existing systems is included Piping systems inserting a T-piece in which the sensor is placed in the piping system, and in containers a placement of a fitted with the sensor piece of pipe an opening, either existing or to be made of the container.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist auf einer Oberfläche des Sensors eine Beschichtung angeordnet, welche ein Anlagern des Biofilms begünstigt. Diese Beschichtung besteht beispielsweise aus organischen Materialien, an welchen sich der Biofilm bevorzugt anlagert, zum Beispiel Polysacharide. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine beginnende Biofilmbildung bereits in einem sehr frühen Stadium feststellbar ist, in welchem sie ein zu überwachendes System noch nicht beeinträchtigt, da sich der Biofilm zwar an der speziell beschichteten Oberfläche des Sensors schon bildet, aber im zu überwachenden System noch nicht.In a particularly advantageous embodiment is on a Surface of the sensor arranged a coating, which encourages attachment of the biofilm. This coating For example, it consists of organic materials to which the biofilm prefers attaches, for example polysaccharides. On This way it is ensured that an incipient biofilm formation can already be determined at a very early stage, in which it does not affect a system to be monitored, because the biofilm is on the specially coated surface the sensor already forms, but in the system to be monitored not yet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mehrere unterschiedlich empfindliche Sensoren innerhalb eines Sensorkopfes angeordnet. Auf diese Weise ist eine große Bandbreite angelagerter Massen des Biofilms zuverlässig ermittelbar. Ein solcher Sensorkopf ist beispielsweise variabel einsetzbar in verschiedenen Systemen, in welchen eine jeweils unterschiedliche Empfindlichkeit des Sensors notwendig ist.In A further advantageous embodiment is more different sensitive sensors within a sensor head arranged. In this way is a large bandwidth of stored masses of the biofilm reliably determinable. Such a sensor head is for example variably usable in different systems, in which a respectively different sensitivity of the sensor necessary is.

Ein solcher Sensorkopf ist beispielsweise auch einsetzbar, um in einem zu überwachenden System bereits eine sehr geringe Biofilm-Ablagerung zuverlässig zu erkennen, dieses System aber weiter zu überwachen und auch eine Masse einer sehr starken Biofilm-Ablagerung noch zuverlässig zu bestimmen, so dass beispielsweise mehrere Warnstufen realisierbar sind.Such a sensor head can also be used, for example, to be monitored System already reliably detect a very low biofilm deposit, but this system continue to monitor and also to determine a mass of a very strong biofilm deposit still reliable, so that, for example, several warning levels are feasible.

Das Biofilm-Sensorsystem ist besonders zur Überwachung von Wasseraufbereitungs- und -verteilungssystemen, insbesondere von Reinstwasseraufbereitungs- und -verteilungssystemen, von Trinkwasseranlagen und von Kühlwasserleitungen geeignet. Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise eine Trinkwasserdesinfektion, eine Regenwasser- bzw. Recyclingwassernutzung, eine Überwachung von Prozesswasser in der chemischen, Pharma- und Kosmetikindustrie, die Getränke- und Lebensmittelindustrie und die Überwachung von Reinstwasseranlagen. Darüber hinaus sind damit auch stärker ausgebildete Biofilme, wie sie beispielsweise in Kläranlagenabläufen auftreten, überwachbar. Ein weiteres Einsatzfeld ist eine Prozesskontrolle in Bioreaktoren, in denen immobilisierte Mikroorganismen zu einem Abbau von Wasserverunreinigungen oder zu einer Produktion von Wirkstoffen in der pharmazeutischen Industrie zum Einsatz kommen.The Biofilm sensor system is especially for monitoring of Water treatment and distribution systems, in particular of Ultrapure water treatment and distribution systems, of drinking water systems and suitable for cooling water pipes. Possible Areas of application are, for example, drinking water disinfection, a rainwater or recycling water use, a monitoring of Process water in the chemical, pharmaceutical and cosmetics industry, the food and beverage industry and surveillance of ultrapure water systems. In addition, with that too more advanced biofilms, such as those in Sewage plant processes occur, monitorable. Another field of application is a process control in bioreactors, in which immobilized microorganisms cause degradation of water contaminants or to a production of active ingredients in the pharmaceutical Industry are used.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.embodiments The invention will be described below with reference to a drawing explained.

Darin zeigt:In this shows:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Biofilm-Sensorsystems. 1 a schematic representation of a biofilm sensor system according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Biofilm-Sensorsystems 1. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Biofilm-Sensorsystem 1 zur Überwachung eines Rohrleitungssystems 2 eingesetzt, welches von einer Flüssigkeit 3 durchflossen ist. Einsetzbar ist dieses Biofilm-Sensorsystem 1 aber beispielsweise auch zur Überwachung von Behältern zur Lagerung von Flüssigkeiten 3. Um einen Sensor 4 in das Rohrleitungssystem 2 einsetzen zu können, ist in einer Stelle des Rohrleitungssystems 2 ein T-Stück 5 integriert, in welches der Sensor 4 einsetzbar ist. Eine Anordnung des Sensors 4 in einem T-Stück 5, in einer anderen Ausführungsform in einem Rohr, welches auf einen zu überwachenden Behälter aufgesetzt ist, hat neben einer sehr einfachen Installation des erfindungsgemäßen Biofilm-Sensorsystems 1 auch in bereits bestehenden Anlagen den weiteren Vorteil, dass der Sensor 4 nicht direkt in einer Strömung der Flüssigkeit 3 angeordnet ist, sondern in einem auf diese Weise künstlich geschaffenen Totraum 6. Dadurch ist sichergestellt, dass sich ein Biofilm 7 am Sensor 4 ungestört entwickeln kann und Sensorergebnisse nicht durch ein strömungsbedingtes Abreißen des Biofilms 7 verfälscht sind. 1 shows a schematic representation of a biofilm sensor system according to the invention 1 , In the embodiment shown here is the biofilm sensor system 1 for monitoring a pipeline system 2 used, which of a liquid 3 is flowing through. This biofilm sensor system can be used 1 but also, for example, to monitor containers for storage of liquids 3 , To a sensor 4 into the piping system 2 to be able to use is in a position of the piping system 2 a tee 5 integrated, in which the sensor 4 can be used. An arrangement of the sensor 4 in a tee 5 , in another embodiment in a tube which is placed on a container to be monitored, in addition to a very simple installation of the biofilm sensor system according to the invention 1 even in existing systems the further advantage that the sensor 4 not directly in a flow of liquid 3 is arranged, but in an artificially created in this way dead space 6 , This ensures that a biofilm 7 on the sensor 4 undisturbed and can not develop sensor results by a flow-related tearing of the biofilm 7 are falsified.

Auf einer Oberfläche des Sensors 4 ist eine Beschichtung 8 angeordnet, welche eine Anlagerung eines Biofilms 7 begünstigt, beispielsweise aus einem organischen Material, zum Beispiel Polysacharide. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch bereits eine dünne Schicht des Biofilms 7 am Sensor 4 bzw. an dessen Beschichtung 8 angelagert. Auf diese Weise ist eine beginnende Biofilmbildung bereits in einem sehr frühen Stadium erkennbar, da sich der Biofilm 7 bevorzugt auf der Beschichtung 8 des Sensors 4 anlagert, welche zudem noch in dem bereits erwähnten Totraum 6 angeordnet ist. Mit anderen Worten: Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist selbst in Reinstwasseranlagen eine beginnende Biofilmbildung bereits in einem so frühen Stadium detektierbar, in welchem sie für die Reinstwasseranlage selbst noch unkritisch ist, so dass frühzeitig genug ein Alarm auslösbar und entsprechende Gegenmaßnahmen einleitbar sind.On a surface of the sensor 4 is a coating 8th arranged, which is an attachment of a biofilm 7 favors, for example, from an organic material, for example polysaccharides. In the embodiment shown here is already a thin layer of biofilm 7 on the sensor 4 or on its coating 8th attached. In this way an incipient biofilm formation is already recognizable at a very early stage, since the biofilm 7 preferably on the coating 8th of the sensor 4 attached, which also still in the already mentioned dead space 6 is arranged. In other words, by means of the solution according to the invention, beginning biofilm formation can be detected even in ultrapure water systems at such an early stage that it is not yet critical for the ultrapure water system, so that an alarm can be triggered early enough and corresponding countermeasures can be initiated.

In einem Sensorsockel 9, der auch zur Halterung des Sensors 4 in dem T-Stück 5 dient, ist eine Auswerteeinheit 10 angeordnet. Diese Auswerteeinheit 10 ist mittels zweier Kontakte 11 mit dem Sensor 4 und mittels eines Datenkabels 12 mit einer Oszillografeneinheit 13 verbunden. Zwischen dem Sensor 4 und der Auswerteeinheit 10 ist zur Abdichtung der Auswerteeinheit 10 gegenüber der zu überwachenden Flüssigkeit 3, mit welcher der Sensor 4 in Kontakt steht, eine Dichtung 14 angeordnet, durch welche die Kontakte 11 des Sensors 4 zur Auswerteeinheit 10 hindurchgeführt sind. Durch eine Unterbringung der gesamten Auswerteeinheit 10 in dem Sensorsockel 9 ist eine sehr kompakte, robuste und Platz sparende Bauweise des Biofilm-Sensorsystems 1 erreicht. Ein derartig kompaktes Biofilm-Sensorsystem 1 ist in praktisch allen zu überwachenden Einrichtungen problemlos zu installieren. Die Oszillografeneinheit 13 ist, da sie über das Datenkabel 12 mit der Auswerteeinheit 10 verbunden ist, an einem geeigneten Ort positionierbar.In a sensor socket 9 , which also holds the sensor 4 in the tee 5 serves, is an evaluation unit 10 arranged. This evaluation unit 10 is by means of two contacts 11 with the sensor 4 and by means of a data cable 12 with an oscillograph unit 13 connected. Between the sensor 4 and the evaluation unit 10 is for sealing the evaluation unit 10 towards the liquid to be monitored 3 with which the sensor 4 in contact, a seal 14 arranged through which the contacts 11 of the sensor 4 to the evaluation unit 10 passed through. By housing the entire evaluation unit 10 in the sensor socket 9 is a very compact, robust and space-saving design of the biofilm sensor system 1 reached. Such a compact biofilm sensor system 1 is easy to install in virtually all facilities to be monitored. The oscilloscope unit 13 is because it's over the data cable 12 with the evaluation unit 10 is connected, can be positioned at a suitable location.

Der Sensor 4, welcher als Schwingquarz ausgeführt ist, ist mittels eines geeigneten elektrischen Wechselfeldes zu mechanischen Resonanzschwingungen anregbar. Eine Resonanzfrequenz des Sensors 4 ist dabei abhängig von seiner Masse. Eine Masseerhöhung an einer Oberfläche des Sensors 4 durch eine Anlagerung von Biofilm 7 hat eine Erniedrigung der Resonanzfrequenz zur Folge, auch bereits eine sehr geringe Anlagerung von Biofilm 7 in einem Bereich von wenigen Nanogramm. Mittels der Auswerteeinheit 10 ist das geeignete elektrische Wechselfeld an den Sensor 4 anlegbar, die Resonanzschwingungen des Sensors 4 erfassbar und in geeigneter Form über das Datenkabel 12 an die Oszillografeneinheit 13 weiterleitbar, auf welcher diese Resonanzschwingungen darstellbar sind.The sensor 4 , which is designed as a quartz crystal, can be excited by means of a suitable alternating electric field to mechanical resonance vibrations. A resonance frequency of the sensor 4 depends on its mass. A mass increase on a surface of the sensor 4 by an attachment of biofilm 7 has a lowering of the resonance frequency, even a very small accumulation of biofilm 7 in a range of a few nanograms. By means of the evaluation unit 10 is the suitable alternating electric field to the sensor 4 can be applied, the resonance vibrations of the sensor 4 detectable and in a suitable form via the data cable 12 to the oscillograph unit 13 weiterleitbar on which these resonant vibrations can be displayed.

Eine Veränderung der Masse des am Sensor 4 angelagerten Biofilms 7 korrespondiert mit einer Veränderung der Resonanzfrequenz des Sensors 4, so dass aus der mittels der Oszillografeneinheit 13 dargestellten Resonanzfrequenz die Masse des am Sensor 4 angelagerten Biofilms 7 ermittelbar ist. Auf diese Weise ist die Masse des angelagerten Biofilms 7 exakt bestimmbar und beispielsweise bei Erreichen und/oder Überschreiten einer vorgebbaren kritischen Masse ein Alarm auslösbar, da beispielsweise bei einer Reinstwasseranlage ab einer bestimmten Menge des Biofilms 7 eine ausreichende Reinheit des Wassers nicht mehr gesichert ist. Nach Auslösen des Alarms ist eine solche Anlage beispielsweise abstellbar und eine Reinigung durchführbar.A change in the mass of the sensor 4 attached biofilm 7 corresponds to a change in the resonant frequency of the sensor 4 , so that out by means of the oscillograph unit 13 resonant frequency shown the mass of the sensor 4 attached biofilm 7 can be determined. In this way, the mass of the attached biofilm 7 exactly determinable and, for example, upon reaching and / or exceeding a predetermined critical mass an alarm can be triggered because, for example, in a high-purity water system from a certain amount of biofilm 7 sufficient purity of the water is no longer ensured. After triggering the alarm, such a system is, for example, turned off and a cleaning feasible.

In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind mehrere unterschiedlich empfindliche Sensoren 4 innerhalb eines Sensorkopfes angeordnet. Auf diese Weise ist eine große Bandbreite angelagerter Massen des Biofilms 7 zuverlässig ermittelbar. Ein solcher Sensorkopf ist beispielsweise variabel einsetzbar in verschiedenen Systemen, in welchen eine jeweils unterschiedliche Empfindlichkeit des Sensors 4 notwendig ist. Ein solcher Sensorkopf ist beispielsweise auch einsetzbar, um in einem zu überwachenden System bereits eine sehr geringe Biofilmablagerung zuverlässig zu erkennen, dieses System aber weiter zu überwachen und auch eine Masse einer sehr starken Biofilmablagerung noch zuverlässig zu bestimmen, so dass beispielsweise mehrere Warnstufen realisierbar sind.In another, not shown embodiment of the solution according to the invention are several different sensitive sensors 4 arranged within a sensor head. In this way, there is a wide range of accumulated masses of biofilm 7 reliably determinable. Such a sensor head is for example used variably in different systems, in which each have a different sensitivity of the sensor 4 necessary is. Such a sensor head can also be used, for example, to reliably detect a very small biofilm deposit in a system to be monitored, but to continue to monitor this system and also to reliably determine a mass of very strong biofilm deposit so that, for example, several warning levels can be realized.

Das erfindungsgemäße Biofilm-Sensorsystem 1 stellt eine effiziente, kostengünstige, auch in kontinuierlich durchflossenen Systemen dauerhaft sehr zuverlässige und gleichzeitig sehr messgenaue Möglichkeit einer Detektierung einer beginnenden Biofilmbildung für praktisch alle Bereiche des Transports, der Lagerung sowie der Behandlung von Flüssigkeiten 3 dar.The biofilm sensor system according to the invention 1 provides an efficient, cost-effective, in continuous flow systems permanently very reliable and at the same time very accurate measurement of detection of incipient biofilm formation for virtually all areas of transport, storage and treatment of liquids 3 represents.

11: Biofilm-SensorsystemBiofilm-sensor system
22: RohrleitungssystemPiping
33: Flüssigkeitliquid
44: Sensorsensor
55: T-StückTee
66: Totraumdead space
77: Biofilmbiofilm
88th: Beschichtungcoating
99: Sensorsockelsensor socket
1010: Auswerteeinheitevaluation
1111: Kontaktecontacts
1212: Datenkabeldata cable
1313: OszillografeneinheitOszillografeneinheit
1414: Dichtungpoetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006057975 A1 [0008]
- DE 3733986 A1 [0009]

Claims

Biofilm sensor system ( 1 ), comprising a sensor ( 4 ) and an evaluation unit ( 10 ), characterized in that the sensor ( 4 ), which is designed as quartz oscillator, within a with the liquid to be monitored ( 3 ) filled container or within one of the liquid to be monitored ( 3 ) through-flow piping system ( 2 ) and with the liquid to be monitored ( 3 ) is in contact.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to claim 1, comprising one with the evaluation unit ( 10 ) via a data cable ( 12 ) connected oscillograph unit ( 13 ) for the acquisition, representation and evaluation of sensor results.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation unit ( 10 ) in a sensor base ( 9 ) is integrated.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that by means of the oscillograph unit ( 13 ) from a resonant frequency of the sensor ( 4 ) a mass of one on this sensor ( 4 ) attached biofilm ( 7 ) can be determined.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to claim 4, characterized in that upon reaching and / or exceeding a specifiable mass of the sensor ( 4 ) attached biofilm ( 7 ) An alarm signal is triggered.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 4 ) within an artificially formed dead space ( 6 ) of the container or piping system ( 2 ) is arranged.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the artificially formed dead space ( 6 ) by means of a pipe piece arranged on an opening of the container or by means of a pipe system ( 2 ) integrated tee ( 5 ) is formed.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on a surface of the sensor ( 4 ) a coating ( 8th ), which is an attachment of the biofilm ( 7 ) favors.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of differently sensitive sensors ( 4 ) are arranged within a sensor head.

Biofilm sensor system ( 1 ) according to one of the preceding claims for monitoring water treatment and distribution systems, in particular ultrapure water treatment and distribution systems, drinking water systems and cooling water pipes.