TW527322B - Method of removing biofilms from surfaces submerged in a fouled water system - Google Patents

Description

527322 A7 __ B7 五、發明說明（1 ) t明領域 本發明一係係有關水處理技術領域，且更特別而言， 係有關自浸在污水系統中之表面去除生物膜層之方法。 曼明背景 生物污水於工業用水系統（諸如，冷卻塔、熱交換器 及空氣清淨機）中一直是有問題，因其會不利影響熱轉移 效率及流體之抗磨擦性’藉此，大量降低生產速率。此外 ’生物污水於微生物影響之腐钱亦扮演重要角色。 工業用水中之微生物存在不能被完全移除，即使以過 量使用化學殺生物劑。最普遍之控制生物污水之方法係經 由應用有毐之化學殺生物劑，諸如，氣、溴、異嗟唑酮、 戍二酸或其它抗微生物劑。此等殺生物劑被添加以便殺死 浮游及附著之微生物。 一些微生物附著於惰性表面，形成具有由細胞外聚合 物質（EPS)組成之複雜基材之聚集物。此附著之微生物及 相結合之EPS而生之相互依賴物一般被稱為生物膜層。殺 物生劑具有穿透生物膜層及自表面移除之困難。雖然過量 之殺生物劑劑量可用以控制生物膜層，流出之水中存在之 殺生物劑一般係環境上不可接受。 包含刮刀、海棉球及’’pigs”之機械性處理亦被普遍用 於移除生物膜層。酸、螯形劑及分散劑可被考慮能有效造 成沈積物質之脫附。此外，側流過濾裝置（其連續處理丨_5% 之系統水）最近吸引增加之興趣。然而，此等方式係勞力 密集及/或昂貴的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —0 ϋ i.— n ΛΚΙ i·— 1 i-i ϋ MKat an 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 527322

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2) 分散劑有時與殺生物劑一起施用以促進工業水中之抗 微生物效率。用於此等應用之分散劑其後被稱為，，生物分 散劑”。現今市場上可獲得之大部份生物分散劑（諸如，嵌 段共聚物或三元聚合物）具有範圍為1，〇〇〇至15〇〇〇〇〇〇之 高分子量。此等生物分散劑使細微之污物顆粒吸引於聚合 物鏈上且形成絨毛狀顆粒，其係更易於自被污水表面脫附 。亦相信此等表面活性化合物能增加殺生物劑擴散於生物 膜層内，及其後造成生物膜層之脫附。 至今，生物分散劑尚未在未以殺生物劑補充下被有效 使用。如美國環境保護機構（EPA)之規定及殺生物劑使用 之全球考量變彳于更普及，具有低毐性之高性能生物分散劑 被需求用以控制具有或不具有添加化學殺生物之控制生物 膜層。 因此，期望使用一種單獨使用或與殺生物劑一起使用 皆有效之生物分散劑自浸在水中之表面移除生物膜層之方 法。亦期望使用一種能生物降解及具有低毐性之生物分 散劑。再者，欲使用生物一種不影響腐蝕性及用於工業水 處理之銷垢抑制程式之分散劑。 發明綜述 本發明方法係请求於污水系統添加具有下述化學式之 烷基聚糖苷， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --I-------I---I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 527322 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 )

元。 此方法能有效率及有效地移除浸在污水系統表面上之 生物膜層。此方法亦係環境可接受且係環境上吸引人的， 因為殺生物劑之使用可被減少或除去，於施行本發明中使 用之生物分散劑係生物可降解且具有低毐性。再者，此方 法不影響腐蝕性及用於工業水處理之鍋垢抑制程式。 本發明之詳細說明 本發明係有關一種自浸在污水系統之表面移除生物膜 層之方法。依據本發明，具有下述化學式之烷基聚糖苷 (APG)

其中R係Cs-C]6之烧基鏈且DP係〇至3之碳水化合物單 -1 裝-------L 訂·---------^9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

527322 A7 B7 五、發明說明（4 ) 元，被添加至水系統。較佳者，該烧基鏈係線性且DP係 約Μ至1.5。

Glucopon®225 及 Burco(E)NPS-225(C8， C10)、 ,Glucopon ⑧425(C8-C16)及 Glucopon®600 及 625(C12-C16)係可 購得之可用於本發明之實施之APG產物。（Glucopon⑧產物 可購自PA之Ambler之Henkel公司，且Burco⑧產物可得自 Burlington化學公司，Burlington公司，NC)。相信其它得 自其它供應者之APG產物亦可被用於本發明之實施。 較佳者，被添加至水系統之APG之量之範圍係以活性 組份為基準係約O.lppm至約10ppm，且最佳係約ippm至約 lOppm。APG可以任何傳統方法添加至水系統，例如，間 歇或連續地充填。 依據本發明之實施，殺生物劑亦可選擇性地被添加至 水系統。殺生物劑可以任何傳統方式添加，個別或與APg 混合添加。可被用於施行本發明之殺生物劑包含氧化作用 1 之殺生物劑，諸如以氣為主之殺生物劑、以溴為主之殺生 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 物劑、過乙酸、過氧化氫及臭氧；非氧化作用之殺生物劑 ，諸如，異噻唑酮、戊二醛及四級胺化合物。添加至水系 統之殺生物劑之量係依特定之水處理應用而定且一般係熟 習此項技藝者已知。但是，需注意於與APG混合使用時， 殺生物劑之所需量需被減小。依據本發明之方法，生物膜 層係自所有型式之浸於水中之表面（諸如，玻璃、金屬、 木材及塑料）移除。 本發明方法可被用於工業水系統及休閒水系統。其間 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527322 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5 ) 可使用APG之工業水系統之型式包含（但不限於此）冷卻 水系統、空氣洗淨器、蒸發冷凝器、殺菌器、空氣條氣器 、產生消毐劑流體、燃燒保護水系統及熱交換器管。 其間可使用APG之休間水系統之型式包含（但不限於 此）裝飾性噴水池及全身體浸泡之系統，諸如，游泳池、 水療池及熱浴池。 本發明係利用APG之清潔性及分散性而作為生物分散 劑。驚人地發現當APG被添加至污水系統時，生物膜層自 浸於水中之表面有效移除。在此所述之APG生物分散劑展 現相較於其它商業上可得之生物分散劑之較優異性能，且 生物膜層之移除可於添加或不添加化學殺生物劑達成之。 需注意當使用APG時，其需要較低含量之毐性殺生物劑達 成相同程度之控制。此外，APG提供低或無毐性之控制生 物污水之方式且APG係可藉由生物降解，藉此，提供環境 可接受之水處理方法。再者，使用APG不會影響腐蝕及用 於工業水處理之污垢抑制程式。 範例 下列範例係欲被用以例示本發明及對熟習此項技藝者 教示如何施行及使用本發明。此等範例不欲被以任何方式 限制本發明或其保護範圍。 用於下列範例之生物膜層係自由冷卻水沈積物隔離之 混合微生物相互依存物產生。用以收容測試之細菌生物膜 層之裝置係連續流動攪拌槽式生物反應器。層狀及紊統條 件用於測試產物之性能。合成之冷卻水[4〇〇ppm Ca， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） C請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) ▼裝-------丨訂*--------- 527322 A7 B7 五、發明說明（6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 200ppm Mg，400ppm Μ鹼性物（皆以CaC03為基準）]被作 為生物反應器之補充物。細菌生物膜層於室溫之玻璃及不 鏽鋼表面上成長96小時，以便達穩定能之條件。生物膜層 之厚度係約500um。 然後，生物膜層以連續供應生物分散劑24小時而處理 之，以便自基材移除生物膜層。細菌生物膜層之區域密度 以蛋白質分析測量。生物群以ug蛋白質/公分2表示。生物 膜層移除之有效性以處理期間之生物群損失決定之。傳統 之胰化酮葡萄糖萃取洋菜上之平板數量亦可被用以測量細 菌數量之生存能力。生物膜層之可生存之細胞密度以每平 方公分之菌叢形成單元（CFU)表示。 範例1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 數種界面活性劑於實驗室生物膜層反應器被測試以評 估生物膜層移除活性。生物分散劑對抗細菌生物膜層之生 物群移除活性於連續處理24小時後測量。被測試之APG係 Glucopon®425 (C8，C1()及C12_16之混合物），非離子性界面 活性劑。NALCO®7348，非離子性環氧乙烷/環氧丙烷 (EO/PO)之嵌段共聚物，亦被評估。用於此範例之陰離子 性界面活性劑係二苯基二磺酸鹽（Dowfax⑧，可得自密西 根州之密德蘭市之陶氏化學公司）、線性烷基苯磺酸鹽 (LAS)及辛烧石黃酸鈉。以Ultra-Kleen之商品名出售之商業 之生物膜層清潔產物（可得自MD之Owing Mills之Sterilex 公司）。陽離子界面活性劑二甲基醯胺聚合物（DMAD，TN 之Memphis之Buckman出售）亦被包含於此範例。如第1表 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527322 A7 B7 五、發明說明（7 ) 所示，APG之生物膜層移除係明顯高於被測試之其它產物 第1表 生物分散劑 活性組份 (ppm) 生物膜層移除％ (ug/cm2之蛋白質） 可生存之生物膜層細菌之 降低之對數值(CFU/cm2) APG 10 46.15 0.13 EO/PO共聚物 (NALCO®7348) 10 0.00 0.00 二苯基二磺酸鹽 10 2.16 ~' 0.00 辛烷磺酸鈉 50 0.00 0.09 辛烧橫酸納 100 29.62 0.22 Ultra-Kleen 1000 39.36 1.83 13.3%LAS 100 0.00 0.00 DMAD 100 0.00 0.10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 注意若附著之生物群或可生存之細菌量於生物反應器 内增加時被歸為0。此現象於生物分散劑不具有效性時產 生。 範例2 APG對腐餘速率之作用係以4.5ppm之甲苯基三。亞唾納 、20ppm之2-膦羧基丁烷-1，2,4-三羧酸（PBTC)及18ppp之 丙烯酸/丙烯醯胺/續基甲基丙烯醯胺之三元聚合物進行之 。測试水之化學性及驗性被保持於360ppm之CaCl:， 200ppm 之 MgS04 及 220ppm 之NaHC03。pH值被保持於8.7 且溫度定為55°C。APG濃度係lOppm。測試係雙重進行40 小時，且腐蝕性速率以電化學參數決定。APG之添加不會 不利影響腐#性控制，如第2表所示之低腐餘性速率所示 -41^裝-------1 訂.--------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 527322 A7 B7 五、發明說明（8) 第2表 APG之添加（活性組份之ppm) 反應時間（小時) 腐#速率(mpy) 0 5 0.4 10 5 0.3 0 10 0.5 10 10 0.3 0 25 0.8 10 25 1.4 0 40 1.3 10 40 1.8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 範例3 APG對於鍋垢形成之作用被評估。鍋垢之形成以於50 °C操作之可溶性應力測試決定。用於此研究之鍋垢抑制劑 係1-羥基亞乙基-1，1-二膦酸（HEDP)及2-膦羧基丁烷-1，2,4· 三羧酸（PBTC)。 鍋垢之形成（以2小時後之可溶性Ca2+之低百分率回收 表示）於系統中之具有lOppm APG之400ppm之CaC03或 Ca2+/HC03係稍微較高。當鈣含量上升至600ppm時，APG 不會影響鍋垢之形成。整體而言，如第3表所示，於具有 或不具有於1 Oppm施用之APG其對於鍋垢形成無明顯差異 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 527322 A7 B7 五、發明說明（9 ) 第3表

CaC03 Ca27HC03 之ppm HEDP 之 ppm PBTC 之 ppm APG 之 ppm pH 可溶性Ca2+ 之回收率 300 5 0 10 7.8 32 300/300 0 10 10 7.9 103 300/300 5 0 0 8.1 47 300/300 0 10 0 8.1 101 400 5 0 10 8.0 38 400/400 0 10 0 8.1 81 400/400 5 0 0 8.1 37 400/400 0 10 0 8.3 45 500 5 0 10 8.2 25 500/500 0 10 10 8.0 42 500/500 5 0 0 7.9 21 500/500 0 10 0 8.0 33 600 5 0 10 7.5 9 600/600 0 10 10 8.0 10 600/600 5 0 0 8.0 12 600/600 0 10 0 8.1 28 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >裝------- Γ 訂*---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 範例4 APG與穩定化之以漠為主之氧化殺生物劑之相乘性可 藉由 F.C. Kull，P.C. Eisman，H.D. Sylwestrowicz及 R.L. Mayer於應用微生物學，第9冊，第538-541頁所述之計算 決定，恥係使用下述關係式： 》+ %· =相乘性指數

Qa Qb 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527322 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（10 )其中， Qa=APG之量，單獨作用，產生端點。 Qb==殺生物劑之量，單獨作用，產生端點。 , QA=混合物中之APG量，產生端點。 QB=混合物中之殺生物劑量，產生端點。 若相乘指數係<1，其表示相乘作用 =1，其表示相加作用 >1，其表示對立性 不使用傳統之平板計算方法，細菌發光測試被用以計 算端點。光放射之減少係依測試中之毐性劑之濃度而定且 被用以計算相對之毐性單元（RLU)。相較於傳統之最小抑 制濃度（MIC)，此測試給予快速且敏感之檢測毐性劑。第 4表列示實驗室中測試之APG及穩定化以溴為主之殺生物 劑之數種混合之相乘指數。所示之濃度係對於作為活性組 份之APG係mg/L，且對於STB係總氣之mg/L。第4表所示 1 之結果證實所有測試之APG/STB之混合物係具相乘性。 需注意APG本身對於降低生物發光讀數不會顯示明顯之毐 性。但是，當與殺生物劑混合時，APG戲劇性地改良抗微 生物活性。 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 527322 A7 五、發明說明（11) 第4表 烧基聚糖菩(ppm) STB(TRO 之 ppm*) 2.5 5 7.5 10 15 0.1 0.61 0.27 0.92 0.33 0.41 0.2 0.36 0.26 0.66 ~ 0.04 0.07 0.5 0.16 0.26 0.33 0.05 0.19 1.0 0.08 0.15 0.16 0.02 0.06 2.0 0.05 0.05 0.05 0.02 0.04 5.0 0.02 0.04 0.03 0.02 0.02 *TRO=總殘餘之氧化劑(在此係指氣） 雖然本發明於上述係結合較佳或例示之實施例描述， 但此等實施例非無遺漏或被用以限制本發明。相反地，才 發明欲涵蓋包含於如所附申請專利範圍所界定之其精柙万 範圍内之所有變化。改良及等化物。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝-------f 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14

Claims (1)

1. 527322

   申請專利範亂 第89101071號專”請案+請專利範圍修正本91年6月㈣ 1· 一種去除浸在污水系統中之表面上之生物膜層之方法 ’其包含之步驟係於該水系統添加有效量之具有下述 化學式之烷基聚糖苷

   其中R係C8-C16之院基鏈且Dp係〇至3之碳水化合物單 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該院基係線性。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該 申明專利fc圍第1項之方法，其中該烧基聚糖菩係 〇. Ippm至50Ppmi量添加至該水系統。 5·如申請專利範圍第旧之方法，其中該烧基聚糖普係 Ippm至l〇ppmi量添加至該水系统。 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中該水系統係工孝 系統。 7· 2請專利範圍第1項之方法，其中該水系統係休閒水 8·=:利範圍第1項之方法，其中-殺生物劑亦被添 力至σ亥水糸統。 以 以 水 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 Φ 本紙張尺度適财國國家標準_ Μ規格（2l〇X29»f 15 527322 A8 Βδ C8 D8 、申請專利範圍 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該殺生物劑系氧化 之殺生物劑。 10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該殺生物劑係非氧 化之殺生物劑。 H· —種去除浸在污水系統中之表面上之生物膜層之方法 ’其包含之步驟係於該水系統添加有效量之殺生物劑 及具有下述化學式之烷基聚糖苷

   元。 12.如申請專利範圍第則之方法，其中該絲係線性。 如申請專利範圍第u項之方法，其中該Dp係u至15 〇 14. 如申請專利範圍第n項之 力决，其中該烷基聚糖苷係 以〇· lPPm至吻㈣之量添加至該水系統。 15. 如申請專利範圍第^項 万法，其中該烷基聚糖苷係 以lppm至l〇ppm之量添加至該水系統。 16 ·如申请專利範圍第11項之太 ..^ 、 去’其中該水系統係工業 水糸統。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21^^57 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁} 、【吁丨 16 527322 A8 B8 C8 D8 夂、申請專利範圍 17·如申請專利範圍第11項 水系統。 18·如申請專利範圍第11項 化之殺生物劑。 19·如申請專利範圍第11項之方 氣化之殺生物劑。 之方法，其中該水系統係休間 之方法，其中該殺生物劑係氧 法’其中該殺生物劑係非 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 1··_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐）