Adhesionen av biofilm från sulfatreducerande bakterier till ytor av rostfritt stål i kylvattensystem har simulerats och motåtgärder har provats. Teoretiska adhesionsberäkningar och elektronmikroskopering av ytor har genomförts.
Av: Jörgen Hanaeus
Vidhäftning och separation av sulfatreducerande bakterier från rostfritt stål i simulerat kylvatten med och utan steriliserande behandling har undersökts via beräkningar av ytenergi, och adhesionens arbete. Vidare har svepelektronmikroskopi med energidispersiv röntgenspektroskopi använts för att bekräfta beräkningarna som utgått från kontaktvinkelbestämning.
För att begränsa biofilmen provades två biocider, glutaraldehyd och polyhexametylen guanidin (PHMG) samt elektromagnetisk behandling. Avseende sterilisande effekt för bakterier var biociderna mycket effektiva, men inte den elektromagnetiska behandlingen. Den senare var dock mycket framgångsrik i minskningen av biofilmens adhesion och bedömdes därför vara ett gott alternativ. Även PHMG minskade adhesionen, medan glutaraldehyden lyckades sämre där.
Artikeln
Mikroorganismer kan ge problem i olika vattenbehandlingssystem såsom igensättningar och hindrad värmeöverföring. Mikroorganismstyrd korrosion är en annan svårighet. De vanligaste korrosionsbefrämjande mikroorganismerna anses vara sulfatreducerande bakterier. De kan angripa metallytan direkt eller ansamlas i en biofilm på metallytan. Biofilmen kan hindra värmeöverföring i kylsystem och är i det sammanhanget oönskad.
För att begränsa biofilmens utveckling i industriella rörsystem finns olika metoder. De vanligaste kemiska metoderna är oxidanter som natriumhypoklorit, klordioxid och ozon eller de icke oxiderande glutaraldehyd, polyhexametylen guanadin (PHMG), isothiazolinon och benzalkonium. Glutaraldehyd är en effektiv baktericid och kan avdöda flera sorters mikroorganismer. PHMG är en katjonisk baktericid som verkar främst genom den mycket aktiva guanidingruppen.
Fysiskt verkande metoder är t ex UV-bestrålning och elektromagnetisk behandling.
Adhesion är ett nyckelsteg för att förutsäga utvecklingen av biofilm på ytor. Adhesion av mikroorganismer har förklarats av den klassiska D-L-V-O-teorin över kolloiders stabilitet som med tiden blivit beräkningsbar (f ö via insatser av bl a Malte Hermansson, CTH).
Föreliggande studie undersöker adhesionen för biofilm gentemot rostfritt stål i ett simulerat kylvatten och hur den kan försvagas genom tillsats av två olika biocider eller elektromagnetisk behandling.
Försök
Den sulfatreducerande bakteriekultur som användes togs från slammet i en damm. Den dominerades av desulfovibrio-bakterier. De inokulerades i steriliserat, simulerat kylvatten med innehåll av NaCl, NaHCO3, Na2SO4, MgSO4 och CaCl2.
Kuponger av UNS S3040 rostfritt stål (yta 1 cm2) tillverkades slipades och steriliserades och sänktes ner i vattnet av 35 ºC. Efter 7 dygn tillsattes respektive biocid, alternativt att lösningen utsattes för elektromagnetiskt fält under olika tider. Efter behandling togs kupongerna ut och lufttorkades varefter kontaktvinkeln mellan biofilmen och stålytan bestämdes. Adhesionen kan ses som det arbete som åtgår för att separera biofilm från den fasta ytan. Den är beräkningsbar via ytenergi och tabellvärden. Ju högre det beräknade arbetet W är, desto lättare är det för biofilmen att häfta vid stålytan i vatten och omvänt, vid lägre värden, att avlägsna densamma.
Steriliseringseffekten (%) och adhesionsarbetet (mJ/m2) bestämdes för de valda metoderna.
Resultat
Adhesionsarbetet/biofilmens vidhäftning ökade med tiden på de nedsänkta kupongerna (ingen behandling).
Steriliseringen fungerade enligt:
- Glutaraldehyd 80 mg/L gav 98 %, PHMG 10 mg/L gav 100 % och elektromagnetisk behandling i 90 min gav 57 %.
- Adhesionsarbetet, W:
- Glutaraldehyd 80 mg/L gav 39 mJ/m2, PHMG 10 mg/L gav 25 mJ/m2 (50 mg/L gav 10,0 mJ/m2) och elektromagnetisk behandling i 80 min gav 1,6 mJ/m2. Glutaraldehyden ökade faktiskt adhesionen något vid ökad koncentration.
- SEM/EDS-studierna överensstämde i stort med adhesionsberäkningarna avseende biofilmens kvalitet och överlevnad.
Slutsatser
PHMG-tillsatsen hade bäst bakteriecid effekt följd av glutaraldehyden.
Adhesionen sjönk med koncentrationen av PHMG och med behandlingstiden för den elektromagnetiska behandlingen. Den ökade något för glutaraldehyden.
Källa: Zhang, Y., Ge H., Lin, W., Song, Y., Ge, F. Huang, X. & Meng, X.: Effect of different disinfection treatments on the adhesion and separation of biofilm on stainless steel surface (2021). Water Science & Technology 83.4, pp 877-885.
Författarna från:
Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power,
Shanghai Engineering Research Center of Energy-Saving in Heat Exchange Systems,
Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China.
Kontakt: gehonghua [a] shiep.edu.cn
