DE3880618T2 - Verfahren zur verhinderung des wachstums von kleinlebewesen in waessrigen fluessigkeiten. - Google Patents
Verfahren zur verhinderung des wachstums von kleinlebewesen in waessrigen fluessigkeiten.Info
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Description
- Diese Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren Zum Hemmen des Wachstums eines Mikroorganismus in einer wässrigen Flüssigkeit. Die Verbindungen, die in dem Verfahren dieser Erfindung brauchbar sind, sind insbesondere brauchbar zur Schleimkontrolle in Zellstoff- und Papierfabriken, als Mikrobizide und Algizide zur Behandlung von Frischwasser, das in industriellen Prozessen verwendet wird und auch als Mikrobizide und Algizide in Schwimmbädern und Kühltürmen. Die hier offenrarten Verbindungen können auch in einem Verfahren zum Hemmen des Wachstums von Sulfatreduzierenden und Eisenbakterien verwendet werden.
- Es ist vorgeschlagen worden, daß bestimmte halogenierte Ketone, z.B. Bromaceton, verwendet werden, um das Wachstum von Mikroorganismen zu kontrollieren, die in industriellen Prozeßanlagen angetroffen werden. Wenn auch diese Verbindungen ausreichend wirksam zur Kontrolle von Mikroorganismen sind, sind sie nachteiligerweise Augenreizstoffe und deshalb müssen Personen, die diese Produkte oder Lösungen, welche sie enthalten, handhaben, Gasmasken tragen.
- Jodaceton ist bereits zuvor im US-Patent Nr. 3 874 925 als wirksam gegen thermophile Bakterien bei der Extraktion von Zucker aus Rüben ins Feld geführt worden. Dies ist eine spezialisierte Anwendung gegen eine eingeschränkte Gruppe von Bakterien. So wie sie hier verwendet werden, schließt keiner der Ausdrücke "Mikroorganismus" oder "Bakterien" thermophile Bakterien ein.
- Wenn eine Jodacetonverbindung anstelle einer Bromacetonverbindung eingesetzt wird, ist der Dampfdruck des Jodacetons ausreichend vermindert, so daß das Jodaceton nicht tränenreizend ist. Es ist jedoch überraschend, daß die Wirksamkeit und Stabilität der Jodacetonverbindungen auf einem hohen Niveau gehalten werden, da es bekannt ist, daß unter hydrolysierenden Bedingungen Chlorverbindungen stabiler sind als Bromverbindungen, die ihrerseits stabiler sind als Jodverbindungen. Nichtsdestoweniger sind die in dem Verfahren dieser Erfindung eingesetzten Jodacetonverbindungen ausreichend stabil, um selbst in leicht alkalischen wässrigen Systemen brauchbar zu sein.
- Die vorliegende Erfindung kann die Probleme und Nachteile des Standes der Technik überwinden, indem sie ein Verfahren zum Hemmen des Wachstums von anderen Mikroorganismen als thermophilen Bakterien in einer wässrigen Lösung bereitstellt, welches den Schritt des Zugebens einer Jodacetonverbindung der Formel (I)
- In-CH&sub3;-n- -CH&sub3;-m-Im (I)
- worin n 1, 2 oder 3 ist und m 0, 1, 2 oder 3 ist, in einer Menge von 0,1 bis 500 Teile pro Million Teile der wässrigen Flüssigkeit umfaßt.
- Eine Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Hemmen des Wachstums von schleimbildenden Mikroorganismen in Zellstoff- und Papierfabriken-Wassern bereitzustellen, welches gegen einen weiten Bereich von Konzentrationen von Celluloseinaterial, das in Zellstoff- und Papierfabriken-Wassern angetroffen wird, wirksam ist.
- Eine weitere Aufgabe ist ein Verfahren zum Kontrollieren der Biofilmbildung und des Algenwachstums (1) in industriellen Wassersystemen, wie etwa Kühltürmen und anderen verdampfenden Kühlsystemen (2), auf Oberflächen, wenn Wasser zum Einspritzen während der Sekundärförderung von Rohöl verwendet wird und (3) in noch anderen Systemen, wo die Biofilinbildung einen wirkungsvollen Betrieb verhindert, bereitzustellen.
- So sind in einem bevorzugten Aspekt des oben definierten Verfahrens die Mikroorganismen diejenigen, die Schleim oder Biofilm verursachen.
- Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das einen einzigen wirksamen Giftstoff oder Kontrollmittel, d.h. das Jodaceton, verwendet, welches normalerweise praktisch vollständig durch eine Waschung mit Wasser aus dem fertigen Produkt entfernt werden kann.
- Nun wird ausführlich Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
- Das Jodaceton wird in einer Menge verwendet, die wirksam ist, um den beabsichtigten Zweck zu erzielen, d.h. einen bestimmten Mikroorganismus zu hemmen. Der Fachmann kann routinemäßig eine wirksame Menge für eine spezielle Anwendung innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 500 ppm, mehr bevorzugt von 0,2 bis 250 ppm bestimmen.
- Beispielhaft geeignete Jodacetonverbindungen schließen Jodaceton, 1,3-Dijodaceton und 1,1-Dijodaceton ein.
- Die in dem Verfahren der Erfindung eingesetzten Jodacetonverbindungen können durch bekannte Verfahren hergestellt werden, wie etwa durch eine Metathese-Reaktion, worin entweder ein Bromatorn oder ein Chloratom, vorzugsweise Chloratom, durch Jod unter Verwendung eines Metalljodids, vorzugsweise Kaliumjodid, ersetzt wird. Beispielhafte Lösungsmittel, die in der Reaktion verwendet werden können, schließen Methylenchlorid, Dimethylformamid und Aceton ein. Die Temperatur der Reaktion kann von etwa 0 bis etwa 40ºC variieren. Die Verbindungen werden in guten Ausbeuten gebildet, wenn sie durch eine Metathese-Reaktion hergestellt werden.
- Jodaceton kann aus Chloraceton unter Verwendung von entweder Natriumjodid oder Kaliumjodid als Jodguelle hergestellt werden. 1,3-Dijodaceton kann aus 1,3-Dichloraceton unter Verwendung von zwei molaren Äquivalenten von Natrium- oder Kaliumjodid hergestellt werden.
- 1,1-Dijodaceton kann aus 1,1-Dichloraceton unter Verwendung zwei molaren Äguivalenten von Natrium- oder Kaliumjodid hergestellt werden.
- Zusätzliche Jodacetonverbindungen können aus geeignet substituierten Halogenacetonen hergestellt werden.
- Die in dem Verfahren dieser Erfindung eingesetzten Jodacetone sind in Wasser nur schwach löslich. Beispielhaft geeignete Lösungsmittel, die im Verfahren der Erfindung eingesetzt werden können, schließen Alkohole, Ketone, Ester, Glykoletner, Ether, Formamid, Dimetnylformamid, chlorierte Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffe, wie etwa Toluol und Hexan, ein. Im allgemeinen sind die stärker polaren Lösungsmittel bevorzugt. Die Dispergierbarkeit der Jodacetonverbindungen in den oben genannten Lösungsmitteln und auch in wässrigen Flüssigkeiten kann durch die Zugabe von verschiedenen Emulgatoren, Penetriermitteln und anderen oberflächenaktiven Mitteln gesteigert werden. Ein nichtionischer Emulgator ist im allgemeinen bevorzugt.
- Wie oben erklärt, sind die Jodacetone gegen sulfatreduzierende Organismen und Eisenbakterien wirksam. Sulfatreduzierende Organismen gehören den Gattungen Desulfotomaculum, Desulfovibrio, Desulforistella, Desulfomonas, Desulfobacter und Desulfobulbus an. Beispiele für Eisenbakterien sind Sphaerotilus sp., Gallionella sp. und Siderocapsa sp.
- Der Mikroorganismus kann auch ein Bakterium sein, z.B. Enterobacter aeroqenes oder Pseudomonas aeruginosa, ein Pilz, z.B. Asperaillus niger, oder eine Alge, wie etwa Chlorella pyrenoidosa oder Phormidium inundatum.
- Die Erfindung wird weiter erklärt durch die folgenden Beispiele, die nur die vorliegende Erfindung erläutern sollen.
- Ein 250 ml Dreihalsrundkolben, der mit einem Rührer, Kühler und einem Thermometer ausgestattet war, wurde mit 20 g 90% Chloraceton (0,2 mol) (kommerziell erhältlich, normale Qualität) und 100 ml Aceton beschickt. 30,0 g (0,2 mol) Natriumjodid wurden mit einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Temperatur zwischen 20 und 30ºC gehalten wurde. Die Reaktion von Natriumjodid mit Chloraceton war exotherm. Der Reaktionskolben wurde mit Eiswasser gekühlt, um die Temperatur zu regeln und dann wurden, nachdem die Zugabe des Natriumjodids beendet war, die Inhalte des Kolbens 2 h lang gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde dann filtriert, um das Natriumchlorid zu sammeln und das Filtrat wurde dann im Vakuum verdampft. Der Rückstand wurde mit 200 ml Methylenchlorid verdünnt und erneut filtriert, um zusätzliches Salz zu gewinnen. Das Filtrat wurde mit zwei 100 ml-Portionen Wasser gewaschen, über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und im Vakuum verdampft. 35,2 g eines dunkelbraunen Öls wurden erhalten (Ausbeute = 95,7 %). Dieses Produkt wurde bei 52ºC bei 8 mm Quecksilbersäule destilliert (Lit. Siedepunkt 62º bei 12 mm Quecksilbersäule). Das IR-Spektrum zeigte einen Peak bei 1703 cm&supmin;l
- Ein 250 ml Dreihals-Rundkolben, der mit einem Rührer, Kühler und einem Thermometer ausgerüstet war, wurde mit 12,7 g (0,1 mol) kommerziell erhältlichem 1,3-Dichloraceton normaler Qualität und 100 ml Aceton beschickt. 30,0 g (0,2 mol) Natriumjodid wurden zu dem Reaktionskolben mit einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Temperatur zwischen 20 und 30ºC gehalten wurde. Die Reaktion des Natriumjodids mit 1,3-Dichloraceton war exotherm. Der Reaktionskolben wurde mit Eiswasser gekühlt, um die Temperatur zu kontrollieren. Nachdem die Zugabe von Natriumjodid beendet war, wurden die Inhalte des Kolbens 2 h lang gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde filtriert, um das gebildete Natriumchlorid zu sammeln. Das Filtrat wurde im Vakuum mit einem Rotationsverdampfer verdampft. Der Rückstand wurde mit 200 ml Methylenchlorid verdünnt und filtriert, um zusätzliches Salz zu gewinnen. Das Filtrat wurde dann mit zwei 100 ml Portionen Wasser gewaschen, über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und im Vakuum verdampft. Ein dunkelbrauner Feststoff wurde erhalten, der aus heißem Ethanol umkristallisiert wurde, um nicht ganz weiße Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 62-63ºC zu erhalten (Lit. 62ºC). Ausbeute: 46,5 g (75,0%). Ein Infrarotspektrum des Feststoffs zeigte einen Peak bei 1724 cm&supmin;¹, welcher für die Carbonylgruppe charakteristisch ist.
- Das Verfahren von Beispiel 2 wurde befolgt, aber 1,1- Dichloraceton wurde als Ausgangsmaterial verwendet. Ein dunkelbraunes Öl wurde erhalten. Das Infrarotspektrum zeigte einen Peak bei 1703 cm&supmin;¹, charakteristisch für die Carbonylgruppe. Ausbeute: 20,9 g (86,8%).
- Die Jodacetone wurden durch das Zellstoffsubstratverfahren getestet, welches ausführlich im US-Patent 2 881 070 in Spalte 5, beginnend in Zeile 12 bis Spalte 6, Zeile 53 reichend, beschrieben ist. Wie darin auseinandergesetzt wird, bedeutet ein Abtötungsprozentsatz von 80% oder mehr eine extrem brauchbare Zusammensetzung und daraus folgt nicht, daß höhere Abtötungsraten notwendigerweise besser oder wünschenswerter sind. Die Tests verwendeten Enterobacter aerogenes und Pseudomonas aeruginosa und Zellstoffsubstrate, die bei pHs von 5,5 und 8,3 gepuffert worden waren. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargelegt. Tabelle 1 Prozentuale Abötung von Enterobacter aerogenes und Pseudomonas aeruginosa in einem Zellstoffsubstrat bei pH 5, 5 und 8,3 nach 18 Stunden Kontakt mit Jodacetonen Testorganismus Jodaceton 1,3-Dijodaceton 1,1-Dijodaceton Enterobacter aerogenes Pseudomonas aeruginosa
- Die wachstumshemmende Aktivität des Verfahrens der Erfindung unter Verwendung verschiedener Jodacetone auf den Pilz Aspergillus niger wurde bewertet. Eine Variante des Zellstoffsubstratverfahrens aus Beispiel 4 wurde verwendet.
- Wenn Pilze als Testorganismen verwendet werden, wird das Zellstoffsubstrat-Testverfahren modifiziert, um das Wachstum dieser Mikroorganismen zu ermöglichen. Das Zellstoffsubstrat umfaßt eine wässrige Aufschläimnung von Fichtenholzmehl, die 1 Gew.% (bezogen auf das Trockengewicht) Holzfasern enthielt, die durch die Zugabe von 0,26% Natriumnitrat und 0,64% Maltose (technische Qualität) angereichert war. 40 g-Portionen der angereicherten Holzmehl-Zellstoffaufschläininung wurden in 250 ml Pyrex-Frlenmeyer-Kolben gegeben, die mit lockeren Metallkappen verschlossen waren, und dann sterilisiert. Jede der folgenden Substanzen wurde dann zu den Kolben in der aufgeführten Reihenfolge gegeben:
- (1) Steriles destilliertes oder steriles entmineralisiertes Wasser wurde, so wie es im einzelnen Fall erforderlich war, dazugegeben, um das Gesamtgewicht der Inhalte jedes Kolbens auf 50 g zu bringen, nachdem alle nachfolgenden Zugaben, die im folgenden beschrieben sind, berücksichtigt wurden (einschließlich der Animpfung mit der wässrigen Suspension von Sporen und/oder Mycelfragmenten des Testpilzes).
- (2) 1 ml einer 2,0 gew.%igen sterilen Lösung von Kolophoniumleim. Kolophoniumleim ist die pastenartige Natriumseife von Kolophonium, die annähernd 20-30% freies Kolophonium und 30% Wasser enthält. Ein geeigneter Kolophoniumleim ist derjenige, der als Kolophoniumleim 70D bekannt ist, welcher von Hercules Inc., Kalamazoo, Michigan, hergestellt wird.
- (3) Eine Lösung des Giftstoffs oder Kontrollmittels, das in jedem Test bewertet wird, um die gewünschte Konzentration in Gewichtsteilen pro Million zu ergeben.
- (4) Eine sterile Lösung von Puffersalzen, um das Substrat auf einen PH von 4,5 bis 5,0 einzustellen, hergestellt aus 0,2M Lösungen von Kaliumhydrogenphthalat und Natriumhydroxid.
- (5) Impfmaterial, das aus 1 ml einer wässrigen Suspension von Sporen und/oder Mycelfragmenten des Testorganismus besteht. Aspergillus niger ist der Testpilz, der für diese Tests verwendet wurde.
- Die Puffermischungen wurden nach dem im US-Patent 2 881 070 beschriebenen Verfahren hergestellt.
- Nachdem die Impfsuspensionen des Testpilzes zugegeben waren, wurden die Kolben bei einer Temperatur von 30±1ºC über einen Zeitraum inkubiert, der angemessen war für das Wachstum in den Kontrollen (Portionen des Zellstoffsubstrats, die keinen Giftstoff enthielten). Die üblichen Beobachtungszeiträume waren nach 7 und 14 Tagen. Das Wachstum wurde nach jedem Zeitraum auf der Grundlage des folgenden Schlüssels aufgenommen:
- 4 = ausgezeichnet
- 3 = gut
- 2 = schlecht
- 1 = sehr schlecht, dürftig, fragwürdig
- 0 = kein Wachstum.
- Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2 Hemmung von Aspergillus nic[er durch verschiedene Jodacetone Testorganismus Jodaceton 1,3-Dijodaceton 1,1-Dijodaceton Asperaillus niger
- Die wachstumshemmende Aktivität des Verfahrens der Erfindung gegen die zwei Algen Chlorella pyrenoidosa und Phormidium inundatuin wurde in Difco-Algenmedium bewertet, dessen Gehalt wie folgt war: Verbindung Natriumnitrat Ammoniumchlorid Calciumchlorid Magnesiumsulfat Dikaliumphosphat Eisen(III) chlorid
- 40 g-Portionen dieses Algenmediums wurden in 250 ml Pyrex- Erlenmeyer-Kolben eingegeben, die mit lockeren Metallkappen verschlossen waren, und dann sterilisiert. Jede der vorstehenden Substanzen wurde dann in der aufgeführten Reihenfolge zu den Kolben gegeben:
- 1. Steriles Algenmedium, soviel wie erforderlich war, um das Gesamtgewicht der Inhalte jedes Kolbens auf 50 g zu bringen, nachdem alle nachfolgenden Zugaben, die im folgenden beschrieben werden, berucksichtigt worden sind.
- 2. Lösung des Giftstoffs oder Kontrollmittels, das in jedem Test bewertet werden soll, um die gewünschte Konzentration in Gewichtsteilen pro Million zu ergeben.
- 3. Chlorella pyrenoidosa und Phormidium inundatum in Mengen, die ausreichend sind, um ein ausgezeichnetes Wachstum in den Kontrollen nach 14 Tagen zu ergeben. Dies wurde erreicht durch Zugeben vom 1 ml einer 14 Tage alten Kultur mit reichlichem Wachstum. Die Chlorella pyrenoidosa- Kultur wurde von der American Type Culture Collection Nr. 7516 erhalten; Phormidium inundatum, Wisconsin Nr. 1093, wurde von der University of Washington erhalten.
- Nachdem die Impflösung der Testalgen zugegeben worden war, wurden die Kolben bei einer Temperatur von 280±2ºC unter Fluoreszenzbeleuchtung mit einer Intensität von 250 Footcandle (8 Stunden Licht, 16 Stunden Dunkelheit) über einen Zeitraum inkubiert, der für das Wachstum in den Kontrollen (diejenigen Portionen des Mediums, die keinen Giftstoff enthielten), angemessen ist. Die Beobachtungen des Wachstums wurden in 7-Tage- Intervallen auf der Grundlage des folgenden Schlüssels durchgeführt:
- 4 = ausgezeichnet
- 3 = gut
- 2 = schlecht
- 1 = sehr schlecht, dürftig, fragwürdig
- 0 = kein Wachstum.
- Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Tabelle 3 Hemmung von Chlorella pyrenoidosa und Phormidium inundatum Testorganismus Jodaceton 1,3-Dijodaceton 1,1-Dijodaceton Chlorella pyrenoidosa Phormidium inundatum
- Andere Ausführungsformen der Erfindung sind für Fachleute in Anbetracht der Beschreibung und aus der Praxis der hier offenbarten Erfindung ersichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Umfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben wird.
Claims (15)
1. Verfahren zum Hemmen des Wachstums von anderen
Mikroorganismen als thermophilen Bakterien in einer wässrigen
Flüssigkeit, welches den Schritt des Zugebens einer
Jodacetonverbindung der Formel:
In-CH&sub3;-n- -CH&sub3;-m-Im
worin n 1, 2 oder 3 ist und in 0, 1, 2 oder 3 ist, zu der
wässrigen Flüssigkeit in einer Menge von 0,1 bis 500 Teile
pro Million Teile der wässrigen Flüssigkeit umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Mikroorganismus ein
Bakterium ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Bakterium ausgewählt
wird aus der Gruppe bestehend aus Enterobacter aerogenes und
Pseudomonas aeruginosa.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Mikroorganismus ein Pilz
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, worin der Pilz Aspergillus niger
ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Mikroorganismus eine
Alge ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Alge ausgewählt wird aus
der Gruppe bestehend aus Chlorella pyrenoidosa und Phormidium
inundatum.
8. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Mikroorganismus ein
sulfatreduzierender Mikroorganismus ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, worin der sulfatreduzierende
Mikroorganismus ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus
Desulfotomaculum, Desulfovibrio, Desulforistella,
Desulfomonas, Desulfobacter und Desulfobulbus.
10. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Mikroorganismus ein
Eisenbakterium ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, worin das Eisenbakterium
ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Sphaerotilus
sp., Gallionella sp. und Siderocapsa sp.
12. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Mikroorganismen
diejenigen sind, die Schleim oder Biofilm erzeugen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, worin die wässrige Flüssigkeit in
einem Schwimmbad oder in einer Wasserkühlungsvorrichtung
enthalten ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Menge der
Jodacetonverbindung von 0,2 bis 250 Teile pro Million Teile
der wässrigen Flüssigkeit beträgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die
Jodacetonverbindung 1,1-Dijodaceton oder 1,3-Dijodaceton ist.
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