Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Qualitätssicherung und Analytik: Ausgabe 06/2012, 14.06.2012

Innerbetriebliche Korrosions-Pioniere

Biofilme sind hartnäckige mikrobiologische Verschmutzungen, die unerwünschten Mikroorganismen einen idealen Lebensraum bieten. Um die Qualität von Lebensmitteln zu erhalten und Kontaminationen zu vermeiden, ist akribische Sauberkeit oberstes Gebot.

Ob es die Getreidesichel des mittelalterlichen Bauern, die Sense zum Mähen von Wildheu der Älpler, der Haken- oder Scharpflug oder der Backofen waren, mit Rost haben seit jeher alle zu tun gehabt, die aus Agrargütern Lebensmittel produziert haben. Wer seine Geräte und technischen Anlagen vor dem Abbau durch Korrosion zu schützen versucht und nicht will, dass in seinem Betrieb an irgendeinem Platz «Maschinen vor sich hin rosten», tritt dabei immer auch gegen «Biofilme» an. Die inzwischen zu europäischer Bekanntheit gelangte deutsche Grossbäckerei Müller bei München hat dies schmerzlich und vor allem zu spät erfahren müssen. Dass Verschmutzungen und Rückstandsbildungen nicht nur durch organische und/oder anorganische feste Ablagerungen, durch Fremdstoffeinträge von aussen, etwa durch Luftfeuchtigkeit oder Staub, Gebäudemängel oder Parasiten, sondern vor allem durch die Allgegenwart von Biofilmen entstehen, haben die Verantwortlichen in dem Unternehmen so gründlich verkannt, dass auch ein mehrwöchiger zweiter Reinigungsversuch für eine erneute Inbetriebnahme nicht ausgereicht hat.
Mikrobiologische Verschmutzungen. Biofilme bestehen aus einer mikroskopisch dünnen Schleimschicht (eben einem Film), in die Mikroorganismen eingeschlossen sind. Sie entstehen immer dann, wenn sich Mikroorganismen an Grenzflächen aller Art ansiedeln. Der überwiegende Teil aller Mikroorganismen lebt in der Natur in Gemeinschaften, wobei sehr verschiedene Arten in einem Film zusammen leben und auch wirken können. Der Biofilm enthält ausser den Mikroorganismen hauptsächlich Wasser. Von den Mikroorganismen ausgeschiedene polymere Stoffe bilden in Verbindung mit Wasser Hydrogene, sodass ein Belag entsteht, in dem Nährstoffe und andere Substanzen gelöst sind und der als «Schleimschicht» oder «Belag» zu erkennen ist. Oft werden dabei auch anorganische Partikel oder Gasbläschen eingeschlossen. Die Gasphase kann je nach Art der Mikroorganismen mit Stickstoff, Kohlenstoffdioxyd, Methan oder Schwe-felwasserstoffen angereichert sein. In Biofilmen sind – im Abstand von wenigen hundert Mikrometern – sowohl aerobe als auch anaerobe Zonen enthalten.
Bis natürlich vorkommende Biofilme gefährlich werden, gibt es für sie ein Zwischenstadium, das «Biofouling». Währenddessen vermehren sich die unerwünschten Mikroorgansimen übermässig. Zunächst tritt noch keine Korrosion ein, dennoch kommt es bereits zu ersten Folgen für Maschinen und Anlagen: Das Stadium des Biofoulings ist gekennzeichnet durch starke, visuell erkennbare Belagsbildung, Geruchsentwicklung und Verstopfungen. Im Betriebsablauf einer Anlage treten erste Störungen auf, Filtrationsanlagen erbringen geringere Ausbeuten, Pumpleistungen sinken, Kühlanlagen und Wärmetauscher setzen aus.
Frühwarnsystem. Dafür kann oder könnte es einen innerbetrieblichen Frühindikator geben, nämlich die Energieanalyse – natürlich nur, wenn sie auch durchgeführt wird. Wenn in einer Gesamtbilanz der innerbetrieblichen Energieverwendung energetisch ungünstig gewordene Aggregate auffallen, dann sind oft die ersten Reaktionen der Austausch und die Erneuerung dieser Aggregate. Damit erreichen Unternehmen aber keineswegs immer ein Ersparnisziel, weil die Ursachen nicht im technischen Abbauzustand der Geräte, sondern in fortschreitenden Verlusten von Wirkungsgraden zu finden sind, die durch Biofilme entstehen. Ausserdem bringt der Einbau von neuen Aggregaten mit geringerem Energiebedarf Einsparungen nur in hohen Leistungsbereichen und im Dauerbetrieb. Das ändert aber auf die Dauer nichts an neuen Verlusten bei den Wirkungsgraden durch Biofilme. Das Ergebnis der hohen Investition in Neuanlagen wäre auch mit weit geringeren Finanzmitteln zu erreichen, und zwar über ein biologisch angepasstes Pflege- und Reinigungskonzept für die Betriebstechnik.
Konsequenzen. Beachten Verantwortliche derartige Anzeichen nicht oder deuten diese falsch, so kann wenig später ungehindert Biokorrosion auftreten. Daraus entsteht biogener Lochfrass, der aber auf den ersten Blick wie gewöhnlicher Rost aussieht. Auch Werkstoffe aus organischen Verbindungen wie zum Beispiel Dichtungen oder Manschetten sind Anlagenbestandteile, die Angriffen von Pilzen und Bakterien ausgesetzt sind.
Lösungsansatz. Die Entstehung von Biofilmen einzuschränken ist der beste Ansatz, Biokorrosion zu verhindern. Dabei steht an erster Stelle die Vermeidung von beginnenden Ablagerungen von Makromolekülen, Schmutz und toter Biomasse. Durch Auswahl der geeigneten Oberflächenbeschaffenheit und geeigneter Materialien lässt sich die Verschmutzungsneigung von Oberflächen wirksam reduzieren. Kombiniert mit geeigneten Konstruktionen können Unternehmen die Bedingungen für eine Biofilmentwicklung beeinflussen. Um die Kontamination von Wasser und Lebensmitteln durch Mikroorganismen zu verhindern, sind ständige Massnahmen gegen eine Biofilmbildung unvermeidlich. Dabei fallen ansehnliche Wassermengen an, die durch Reinigungs- und Desinfektionsmittel belastet sind. In der Lebensmittelindustrie wird Trinkwasser in hoher Qualität für die Herstellung benötigt. Das bei der Produktion zugeführte Wasser ist zwar meist nur zu einem Teil im Endprodukt wieder enthalten. Der grössere Anteil wird zur Spülung und Reinigung eingesetzt und nach der Nutzung in die Kanalisation abgeleitet. Gleichwohl muss der Herstellerbetrieb an die gesamte Wassermenge Qualitätsanforderungen wie an seine Rohstoffe für die Produkte stellen. Für die Zufuhr des Wassers, oft auch seine Aufbereitung und immer für die Entsorgung des Abwassers, zahlen die Unternehmen. Dabei entstehen Kostenpositionen nicht nur für das Wasser selbst, sondern ebenso für das technische Leitungs-, Transport- und Reinigungssystem. Ein Betrieb, der bei der Anlagen- und Raumreinigung vor allem auf das Wasser – und zwar am meisten auf viel Wasser – setzt, kann damit Kostenpositionen schaffen, die sich auch in der Gewinn- und Verlustrechnung ausdrücken. Biologisch orientierte Reinigungskonzepte helfen auch hier, Kosten einzusparen.
Folgen der Biokorrosion. In Verbindung mit der Entstehung von Biofilmen kommt es in der Folge auch zur Biokorrosion. Hierbei führen in der sauerstoffbedürftigen (aeroben) Deckschicht enthaltene Mikroorganismen, die zur Oxydation fähig sind, zu einem Angriff der Passivschicht namentlich von Metallen. In der anaeroben Schicht existieren Organismen, die Sulfate reduzieren. Sie setzen an diesen für sie optimal vorbereiteten Stellen an und «fressen» sich in das Material. Das Produkt wird in der Umgangssprache «Rost» genannt. In der Techniksprache heisst der Rost «Korrosionsprodukt».

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