Biosenzori

Rashladni sistemi, bunari i tunel pasteri

Rashladne kule

Rast biofilma na površinama rashladnih kula dovodi do ozbiljnih problema oštećenja materijala, ali još opasnije, rastućeg rizika štetne mikrobiološke kontaminacije (npr. Leginoelal pneumophila). Radi ovih razloga, korisnici koriste velike količine hemijskih agenasa (biocida) radi onemogućavanja rasta biofilma unutar ovih sistema.

U ovim, otvorenim, rashladnim, krugovima biocidni tretman se sprovodi redovno, i obično se prati nekolicina parametara u realnom vremenu. Ono, što se obično ne prati jeste mikrobiološko opterećenje procesne vode.

Radi omogućavanja snimanja mikrobioloških parametara, ALVIM biosenzori obezbeđuju:

Adekvatno i pravovremeno doziranje oksidativnig biocida usled naglog porasta signala, and
Praćenje postepenog rasta biofilma, kroz povećanje signala, od osnovnog nivoa (u ovom slučaju oko 850mV) sve do vrha od 1200mV,

primećujući da na grafiku dole, za prvih deset dana, od dana instalacije senzora, nije bilo detektovan rast biofilma.

Radi potvrde rada senzora, nakon 10 dana doziranja, zaustavljeno je doziranje biocida (od 10.-og do 15.-og dana). Na grafiku je lako uočljiv rast signala, pa je nakon 15.-og dana ponovo iniciran process doziranja. ALVIM biosenzor je pokazivao na delimično uklanjanje biofilma (dan od 16 do 20), ali taj tretman više nije mogao da u potpunosti ukloni prisutan biofilm, i taj trend rasta signala, od dana 22 do dana 46, signal sa senzora je postepeno rastao, iako je biocidni tretman ponovo uveden. Da bismo sproveli proveru rada senzora, ručno je očišćena elektroda, 46.-og dana, što se odmah odrazilo na očitavanju – površina senzora je bila bez biofilma. Naravno, ova procedura, nije uklonila biofilm iz sistema, već samo sa površine senzora. Tokom narednih 20 dana, sensor je i dalje davao konzistentni rast siganal, i pored biocidnig tretmana, dovodeći nas do saznanja da je samo pet dana izostajanja doziranja biocida, dovelo do tolike količine formiranja biofilma, koja se više nije mogla ukloniti inicijalnim doziranjem biocida.

ALVIM bioenzor je dokazao da signal koleriše sa prisustvom biofilma unutar sistema i da su očitavanja konzistentna, uz neophodnost revidiranja održavanja procesa higijene sistema.

Bunarska rashladna voda

U velikim industrijskim sistemima, posebno jedno-prolaznom sistemu za hlađenje (OTC), formiranje bioloških naslaga na površinama ismene toplote je fenomen obično poznat kao „biofouling“. On izaziva niz problema. U jednoj od kasnijih faza, sloj bakterija (biofilm) se formira za nekoliko sati, i doprineće:

smanjenju performanse izmenjivača toplote (bakterijski sloj debljine 20 mikrona smanjuje efikasnost razmene toplote za 30%);
povećati troškove energije, zbog trenja;
ubrzati mikrobiološki izazvanu koroziju;
obezbediti naseljavanje većeg broja problematičnih mikroorganizama.

Iz ovih razloga, hemijski tretmani (biocidi) se obično primenjuju, kako bi se sprečila i ograničila takva mikrobiološka proliferacija. Ovi tretmani se primenjuju čim biofilm počne da se formira, jer je ovaj ljigavi sloj veoma otporan na biocide (do 1000 puta više od slobodno prisutnih bakterija), a njegova otpornost se vremenom povećava.

U OTC ove velike elektrane, hlor dioksid je doziran na dnevnoj bazi, kao šok tretman (slika 1). Ova strategija je fino podešena kako bi se postigla najbolja efikasnost, istovremeno smanjujući što je više moguće koroziju starih izmenjivača toplote – uzrokovanu i bakterijama (mikrobiološka korozija) i oksidirajućom hemikalijom.

Slika 1: ALVIM biosignal u jedno-prolaznom sistemu rashladne vode elektrane ljubičaste isprekidane linije označavaju nivo koji je dostigao ALVIM biosignal kada je hlor dioksid bio doziran; zelene isprekidane linije označavaju osnovnu liniju signala bez biofilma; crvene strelice označavaju rast biofilma

S obzirom da ALVIM biosignal pokazuje:

oštar i veliki porast kada se doziraju oksidaciona sredstva – povećanje je proporcionalno koncentraciji hemikalije;
povećanje osnovne linije kada je prisutan rezidualni oksidant;
postepeno i stabilno povećanje tokom vremena (sati-dana) kada raste biofilm;

gledajući Sliku 1, može se primetiti da je, od početka januara do kraja aprila, dnevni tretman bio u stanju da zadrži rast biofilma pod kontrolom. Od aprila, koncentracija šok doze je smanjena – kao što se može primetiti posmatrajući smanjenje dnevnih vrhova ALVIM signala (ljubičasta isprekidana linija, na slici). Zatim, pored šok tretmana, primenjena je kontinuirana injekcija hlor-dioksida (u niskoj koncentraciji), što je naglašeno povećanjem osnovnog signala (zelena isprekidana linija, na slici). Ipak, to nije bilo dovoljno da se u potpunosti spreči rast biofilma, u ovoj toplijoj sezoni – zaista, nekoliko događaja rasta biofilma otkriveno je u maju i junu. Međutim, tretman biocidima bio je dovoljno efikasan da ukloni naseljene bakterije u kratkom vremenu, što se može primetiti sledećim smanjenjem ALVIM signala, nazad na osnovnu liniju.

Izmenjivači toplote

Izmenjivač toplote je srce svakog sistema izmene energije. Biofilm, debljine od samo 20 mikrona (µm) može izazvati pad efikasnosti prenosa toplote od preko 30%: biofilm, u stvarnim aplikacijama, poseduje četiri puta više termo-izolacione moći, nego naslage CaCO3! Štaviše, biofilm može dovesti do povećanja sloja neorganskih naslaga, stvarajući lepljive supstance, koji dovode do slepljivanja različitih čestica. Da bi se ovo stanje predupredilo, korisnici koriste velike količine hemijskih agenasa (biocida).

Radi sveobuhvatne kontrole doziranja biocida i praćenje statusa mikrobiološkog opterećenja sistema, instaliran je automatski dozirni system i ALVIM biosenzor system.

Time je dobijeno:

Adekvatan “šok-tretman” oksidacionim biocidom kod naglih skokova očitavanja ALVIM biosenzora, i
Praćenje postepenog rasta biofilma, porast signala za 150 mV od početnog, čistog statusa 450 mV (označeno na slici sa „No biofilm“ oznakom),

Grafici, na slici iznad prikazuju:

Vrhovi grafika očitavanja sa senzora, potvrđuju efikasnost doziranja biocida;
Od sredine avgusta, pa na dalje, tretman biocidima je efikasno držao rast biofilma pod kontrolom, povećavši efikasnost rada ismene toplote preko 30% .

Ovaj koncept je potvrdio da se značajan nivo ušteda energije i povećanja efikasnosti rada sistema postiže adekvatnim doziranjem biocida i integracijom rada ALVIM biosenzora.