Impedimetrischer Inline-Biofilmsensor

Abstract

Zusammenfassung In diesem Beitrag wird ein Sensorsystem zum Nachweis bakterieller Kontaminationen in wasserführenden Anlagen der Trinkwasserversorgung und in technischen Wasserkreisläufen vorgestellt, das eine schwellwertbasierte permanente Überwachung der Trinkwasserinstallationen ermöglicht. Der Aufbau basiert auf einem Zwei-Sensoren-Prinzip mit einem Messsensor, der eine poröse Polyamid 12-Substratfalle als Detektionsort für die Biofilmbildung enthält, und einem Referenzsensor. Als Trägermaterialien für die Substratfalle wurden geeignete dreidimensionale Geometrien entwickelt und mittels additiven Fertigungsverfahren realisiert. Dabei ist es gelungen, einen optimalen Kompromiss zwischen fluidisch optimierter 3D-Struktur und der technologischen Realisierbarkeit mittels 3D-Druck zu finden. Im Ergebnis entstand eine fluidische Falle für Mikroorganismen, durch die das entsprechende Leitungswasser geführt wird und auf deren Oberfläche sich eine angereicherte Mikroorganismenpopulation als Biofilm auf dem Substratmaterial ausbildet. Die Anbindung des Sensors an eine Mess-, Steuerungs- und Regelungs- (MSR-)Technik ist über eine Datenschnittstelle gewährleistet, wo auch der Vergleich der impedimetrischen Messdaten zwischen Mess- und Referenzkanal erfolgt. Wenn das Differenzsignal einen Schwellenwert erreicht, kann eine frühzeitige Behandlung von Komponenten des Wasserkreislaufes weit vor dem Eintreten möglicher gesundheitlicher Beeinträchtigungen durch Wasserkontaminationen durchgeführt werden. Die Sensoren sind als austauschbare Einheiten nach Bewuchs mit Biofilmen konzipiert. Für den Einsatz in Trinkwasserinstallationen entsprechen Sensor, Beschichtung und Sensorträger den hygienischen Anforderungen der Trinkwasserverordnung.