Biofilme, Biofouling und mikrobielle Schädigung von Werkstoffen:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Oldenbourg
1994
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| Schriftenreihe: | Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft
129 |
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Inhalt V
Inhalt
1. Ein kurzer Überblick: was sind Biofilme und warum sind sie
interessant?. 1
1.1 Technisch genutzte Biofilme. 3
1.2 Unerwünschte Biofilme . 6
1.2.1 Kosten, die durch unerwünschte Biofilme verursacht werden. 8
1.2.2 Gegenmaßnahmen. 10
1.2.3 Aufbau dieser Arbeit. 13
2. Biofilme als besondere mikrobielle Lebensform . 15
3. Die Entwicklung von Biofilmen . 22
3.1 Induktionsphase. 24
3.1.1 Conditioning film. 24
3.1.2 Primäradhäsion . 26
3.1.2.1 Hydrophobe Wechselwirkungen. 29
3.2.1.2 Elektrostatische Wechselwirkungen . 39
3.2.1.3 Wasserstoffbrückenbindungen . 44
3.2.1.4 Rolle der extrazellulären polymeren Substanzen (EPS). 45
3.2.1.5 Einfluß der Zeüzahl im Wasser . 50
3.2.1.6 Einfluß der Scherkräfte . 51
3.2.1.7 In-situ-Monitoring der Primäradhäsion mit Hilfe der
FTIR-ATR-Spektroskopie . 53
3.2 Logarithmische Akkumulation (Wachstumsphase). 56
3.3 Plateau-Phase . 57
4 Zusammensetzung, Aufbau und Eigenschaften von Biofilmen. 59
4.1 Extrazelluläre polymere Substanzen (EPS). 60
4.2 Dicke . 65
4.3 Dichte. 66
4.4 Diffusionskoeffizienten. 66
4.5 Sorptionsverhalten von Biofilmen. 67
4.5.1 EPS und Wasser . 69
4.5.2 Bindung anorganischer Stoffe. 70
4.5.3 Bindung organischer Stoffe. 72
4.5.4 Partikel. 77
VI Inhalt
4.6 Reibungswiderstand und Wärmeleitfähigkeit von Biofilmen. 77
4.7 Räumliche Heterogenität. 78
4.7.1 Mikrokonsortien . 81
4.8 Zeitliche Heterogenität . 83
5 Wichtigste Kennzeichen von Biofilmen. 84
6. Unerwünschte Biofilme - Phänomene und Mechanismen. 86
6.1. Biofouling und seine Erscheinungsformen. 86
6.1.1 Trinkwasser. 88
6.1.1.1 Pathogene und potentiell pathogene Keime in Biofilmen . 88
6.1.1.2 Massenvermehrung von nicht-pathogenen Keimen auf Oberflächen . 89
6.1.2 Biofouling und die Keime im Reinwasser . 92
6.1.2.1 Die Nährstoff-Frage. 96
6.1.3 Biofouling in Wasseraufbereitungs-Anlagen . 98
6.1.4 Biofouling auf Wärmetauschern. 111
6.1.5 Biofouling in Erdöl-Industrieanlagen. 112
6.1.6 Biofouling auf Schiffsrümpfen . 113
6.1.7 Abwasser 113
6.2 Materialschädigung durch Biofilme: "Biodeterioration" . 114
6.2.1 Metalle: Mikrobiell induzierte Korrosion (MIC, "Biokorrosion") . 115
6.2.1.1 MIC durch sulfatreduzierende Bakterien . 117
6.2.1.2 MIC durch säurebildende Mikroorganismen. 119
6.2.1.3 MIC durch schleimbildende Mikroorganismen . 121
6.2.1.4 MIC durch Eisen- und Manganbakterien . 122
6.2.1.5 Biofouling und MIC 123
6.2.2 Schädigung von mineralischen Baustoffen: "mikrobiell induzierte
Verwitterung" . 124
6.2.3 Schädigung von Kunststoffen . 132
6.2.4 Schädigung anderer Materialien durch mikrobiellen Angriff . 138
6.2.5 Oberblick der Schädigungsmechanismen bei nichtmetallischen Werkstoffen 139
7. Bekämpfung unerwünschter Biofilme. 140
7.1 Nachweis von Biofilmen. 140
7.1.1 Ein Beispiel: die Erkennung von primärem Biofouling auf
Umkehrosmose-Membranen. 145
7.1.2 Nachweis von Schäden, die auf Biodeterioration beruhen . 151
Inhalt VII
7.1.3 Nachweis von mikrobiell induzierter Korrosion (MIC, "Biokorrosion") . . . 152
7.2 Beseitigung von Biofilmen . 154
7.2.1 Biozide . 154
7.2.2 Reinigung von Oberflächen und mechanische Widerstandskraft
von Biofilmen . 161
7.2.3 Reinigungsstrategie . 166
7.2.4 ErfolgskontroHe. 169
7.2.4 Beseitigung von Schäden, die durch Biodeterioration entstanden sind . 176
7.2.5 Beseitigung von MIC-Schäden . 177
7.3 Verhinderung von unerwünschten Biofilmen. 177
7.3.1 Inhibition der Primärbesiedlung. 179
7.3.2 Verhinderung der Biodeterioration. 193
7.3.3 Verhinderung von MIC . 1%
8 "Mit den Biofilmen leben" - Biozid-freie Anti-Fouling-Strategien. 200
8.1 Starke und wechselnde Scherkräfte. 203
8.2 Temperatur. 205
8.3 Nährstoffe. 207
8.4 Monitoring-Systeme für Biofilm-Entwicklung. 215
8.5 Monitoring-Systeme für MIC . 218
8.6 Wie schützen sich lebende Organismen gegen Biofouling? . 221
8.7 Ausblick . 223
8.7.1 Kurzfristige Maßnahmen . 223
8.7.2 Langfristige Maßnahmen . 224
9 Literatur . 227
10 Danksagung. 275
11 Anhang
Verzeichnis der
Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasjerwirtschaft 277 |
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