Legionellen & Co.
Die Kontamination einer Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlage mit Legionellenkolonien ist eine ebenso unangenehme, wie auch gesundheitsgefährdende Angelegenheit. Die Dekontamination ist fast immer mit sehr hohem Aufwand verbunden. In vielen Fällen sind Desinfektionsversuche, wie bspw. thermische oder chemische Desinfektion oder die Bestrahlung mit intensivem UV–Licht nicht zielführend. In diesen Fällen bleibt nur die Substitution des Rohrleitungssystems als Ultima Ratio.
Was sehr oft übersehen wird ist die Tatsache, dass die Kontamination einer Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlage mit Legionellenkolonien nur die letzte Stufe einer langen Entwicklung darstellt. Der Befall einer Anlage mit Legionellen erfolgt nicht über Nacht.
Für die Koloniebildung von Legionellen müssen erst einmal die Voraussetzungen vorhanden sein. Primär ist es wichtig, dass in einem Rohrleitungssystem für das Legionellenwachstum adäquate Temperaturen vorherrschen. Am besten gedeihen die Bakterien bei Temperaturen zwischen 25 °C und 50 °C. Eine weitere, wichtige Voraussetzung stellen stehende Gewässer dar. Wird bspw. die Zirkulationspumpe in einer schlecht isolierte Warmwasserverteilungsanlage aufgrund eines mehrwöchigen Urlaubes der Bewohner abgeschaltet, kann es insbesondere während der Sommermonate aufgrund der erhöhten Außentemperaturen dazu kommen, dass das stehende Wasser innerhalb des Rohrleitungssystems soweit aufgeheizt wird, dass Wassertemperaturen über 25 °C dauerhaft erreicht werden.
Eine weitere, wesentliche Voraussetzung für das Wachstum von Legionellen ist das Vorhandensein einer adäquaten Nahrungsquelle. Hierzu ist ein sog. Biofilm bestens geeignet. Dieser Biofilm besteht aus einer dünnen Schleimschicht (Film), in welcher Mikroorganismen unterschiedlicher Arten eingebettet sind. Diese Mikroorganismen stellen die Lebensgrundlage der Legionellen dar. Ein Biofilm entsteht in wasserführenden Rohrleitungen meistens durch Anlagerung einheitlicher oder gemischter Kolonien von Mikroorganismen an Inkrustationen, welche im Rohrleitungssystem vorhanden sind.
Bevor es zur Kontamination einer Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlage mit Legionellen kommt, ist es also ein weiter Weg, an dessen Anfang die Inkrustationen im Rohrleitungssystems stehen. Nach der Ansiedelung von Mikroorganismen entstehen Biofilme, welche in Verbindung mit der entsprechenden Wassertemperatur die Lebensgrundlage der Legionellen bilden. Es ist ein schleichender Prozess, der in den ersten Phasen nur schwer zu erkennen ist und der am Ende der Prozesskette zu einem erheblichen Gesundheitsrisiko für alle Benutzer einer kontaminierten Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlage führen kann.
In den folgenden Kapitel werden die einzelnen Phasen dieses Kontaminationsprozesses näher beschrieben. Außerdem werden Möglichkeiten der Ursachenvermeidung in den einzelnen Phasen dargestellt.
Entstehung von Inkrustationen
Unter Inkrustationen eines Rohrleitungssystems versteht man Verengungen innerhalb eines Rohrleitungssystems, welche durch die Anlagerung eines Verbundes aus Schmutz und Mineralien an den Innenwänden des Rohres entstehen. Insbesondere in Gebieten, in welchen kalkhaltiges Trinkwasser genutzt wird, ist die Gefahr von Inkrustationen sehr hoch. Die im Wasser gelösten Mineralien – diese werden landläufig als „Kalk“ bezeichnet – fallen bei Wassertemperaturen unter 12 °C aus und lagern sich an den Innenwänden von Rohrleitungssystemen an. Dies ist ein wesentlicher Grund dafür, dass die Methode der thermischen Desinfektion von Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlagen nicht in allen Gebieten Deutschlands ohne weiteres anwendbar ist. Die Methode der thermischen Desinfektion sieht neben der intensiven Spülung der gesamten Anlage mit heißem Wasser auch die anschließende Spülung der Anlage mit kaltem Wasser einer Maximaltemperatur von 12 °C vor. Gerade bei diesen Spülvorgängen besteht die Gefahr von Ausfällungen der im Wasser gelösten Mineralien. In Gebieten mit besonders mineralhaltigem Trinkwasser übersteigt mitunter die Gefahr der Bildung von Inkrustationen den Nutzen, der mit einer thermischen Desinfektion verbunden ist. In diesen Gebieten kommen alternative Methoden der Desinfektion zur Anwendung, wie bspw. die chemische Desinfektion oder die intensive Bestrahlung mit UV–Licht.
Im Wesentlichen hängt das Maß der Bildung von Inkrustationen von dem eingesetzten Material ab, aus dem das Rohrleitungssystem besteht. Die Verwendung von Stahlrohren – insbesondere innerhalb von Kaltwasserverteilungsanlagen – stellt auch heute noch aufgrund der einfachen Montage und des preislichen Vorteils (leider) die erste Wahl vieler „Häuslebauer“ dar. Einer der größten Nachteile von Stahl besteht in der rauhen Oberfläche der Rohrinnenwände. Diese bieten eine ideale Angriffsfläche für Ablagerungen und begüstigen somit die Bildung von Inkrustationen.
Obgleich Kupferrohre eine wesentlich glattere Oberfläche als Stahlrohre aufweisen, besteht auch bei Kupferrohren die Gefahr der Bildung von Inkrustationen. Aufgrund des hohen Preises (gegenüber Stahlrohren), der sich insbesondere bei Rohrleitungen einer Kaltwasserverteilungsanlage bedingt durch die Anforderungen an größere Rohrdurchmesser ergibt, bevorzugen etliche Installationsbetriebe auch heute noch aus wirtschaftlichen Gründen den Einsatz von Stahlrohren in Kaltwasserverteilungsanlagen.
Moderne Kunststoffverbundrohre bieten aufgrund ihrer äußerst glatten Oberflächen den besten Schutz vor Inkrustationen. Viele Hersteller garantieren, dass auch nach Jahrzehnten des Einsatzes die Gefahr der Bildung von Inkrustationen gering ist. Der Einsatz von Kunststoffverbundrohren sowohl in Kalt– wie auch in Warmwasserverteilungsanlagen stellt aus hygienischer Sicht die beste Alternative dar. Allerdings ist die Verwendung von Kunststoffverbundrohren aufgrund des Spezialwerkzeuges, welches zur Montage benötigt wird, und aufgrund der zumeist recht teuren Fittings – verglichen mit den Preisen für Kupfer– oder Stahlrohre – recht teuer.
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Quelle: permatrade
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Bildung von Biofilm
Biofilm entsteht durch die Ablagerung von zunächst ungefährlichen Mikroorganismen, die aus dem öffentlichen Versorgungsnetz in die sanitären Rohrleitungssysteme von Gebäuden gelangen. Diese Populationen besiedeln die wasserbenetzten Innenoberflächen des Installationssystems und wachsen sich im Laufe der Zeit zu Biofilm aus.
Biofilm entsteht aus einer dünnen Schleimschicht (Film), in welcher Mikroorganismen (wie bspw. Bakterien, Pilze, Algen, Protozoen) eingebettet sind. Biofilm entsteht, wenn sich Mikroorganismen an Grenzflächen ansiedeln. Sie bilden sich überwiegend in wässrigen Systemen entweder auf der Wasseroberfläche oder an einer Grenzfläche zu einer festen Phase. In Rohrleitungssystemen stellen Inkrustationen ideale Bedingungen für die Bildung von Biofilm dar.
Ein Biofilm enthält außer Mikroorganismen hauptsächlich Wasser. Von den Mikroorganismen ausgeschiedene extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) bilden in Verbindung mit Wasser Hydrogele, so dass eine schleimartige Matrix entsteht, in welcher Nährstoffe und andere Substanzen gelöst sind. Die EPS bestehen aus Biopolymeren, die in der Lage sind, Hydrogele zu bilden und die somit dem Biofilm eine stabile Form geben. Dabei handelt es sich um ein Spektrum von Polysacchariden, Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren.
In Biofilmen leben normalerweise verschiedene Mikroorganismen gemeinsam. Neben den ursprünglichen Biofilm–Bildnern können auch andere Einzeller (Amöben, Flagellaten u. a.) integriert werden. Im Abstand von wenigen hundert Mikrometern können aerobe[1] und anaerobe[1] Zonen vorkommen, sodass aerobe und anoerobe Mikroorganismen eng nebeneinander leben können. Die Grenzfläche, auf der sich der Biofilm bildet, wird „Substratum“ genannt.
Die weitaus überwiegende Zahl an Mikroorganismen lebt in der Natur in Form von Biofilmen. Biofilme können aus technischer Sicht positive wie auch negative Wirkungen ausüben. Als vorteilhaft gilt der Biofilm zur Selbstreinigung von Gewässern. Negative Wirkungen folgen, wenn Biofilme z.B. Materialzerstörung (biogene Korrosion) verursachen. Darüber hinaus dienen Biofilme als Lebensräume für schädliche Bakterien aller Art. Als derartige Nahrungslieferanten tragen sie maßgeblich zur Verbreitung von Krankheiten (wie bspw. die Legionärskrankheit) bei.
Biofilme wachsen in ganz unterschiedlicher Weise auf. In manchen Fällen bilden sich dichte und geschlossene Biofilme mit einer relativ ebenen Grenzfläche zum überströmenden Fluid hin. Die Grenzfläche kann aber auch sehr unregelmäßig geformt sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn Bakterienarten fadenförmig[2] in das Fluid hineinwachsen oder wenn das Substratum mit Protozoen (z.B. Glockentierchen) oder höheren Organismenarten besiedelt ist. Hierbei spielen die Strömungszustände um den Biofilm eine einflußreiche Rolle.
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An der Oberfläche von Biofilmen, die mit Wasser überströmt wird, entsteht eine Wandschubspannung, deren Größe von den Strömungsbedingungen im Wasserkörper abhängt. Die dadurch erzeugten Scherkräfte führen dazu, dass Mikroorganismen und Bakterien aus dem Biofilm herausgerissen und abtransportiert werden. Dieser Vorgang wird als Erosion bezeichnet. In Rohrleitungssystemen steigen diese Scherkräfte, wenn durch das Biofilmwachstum oder die Ausbreitung der Inkrustationen der durchströmte Querschnitt eingeengt und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit angehoben wird. Durch die Zunahme der Erosionsrate wird die Dicke der Biofilme begrenzt. Zusätzlich wird die Tiefenausdehnung des Biofilms durch Bewuchsablösungen begrenzt. Ganze Teile des Biofilms lösen sich ab, wenn der Biofilm durch zunehmende Dicke zu schwer wird, wenn in den tieferen Schichten des Biofilms langanhaltende Mangelsituationen (z.B. Mangel an Substrat oder Sauerstoff) auftreten, oder wenn sich im Biofilm Gasblasen bilden (bspw. durch Denitrifikation) und dadurch der Zusammenhalt der Biofilmteile verloren geht. |
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Nadelelektrodenmessung an einer mit Biofilm besiedelten Membran. Quelle: Wasser-Wissen
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| Fazit: |
Biofilme sind in Wasserverteilungsanlagen nur sehr schwer nachweisbar. Aufgrund der eingesetzten Strahlregler[3], welche in der Regel über ein Sieb verfügen, werden zusammenhängende Teile des im Wasser enthaltenen Biofilms auseinandergerissen und sind daher als Ganzes nicht mehr wahrnehmbar. Biofilm wird auch von biochemischen Tests nur teilweise erfaßt. Dies liegt daran, dass Biofilm zum überwiegenden Teil aus ungefährlichen Mikroorganismen und Schleim besteht, welche von den meisten Tests nicht erfaßt werden. Biofilm ist nur dann als Ganzes erkennbar, wenn ein größeres Gebilde unmittelbar im Fluid bspw. von einer Endoskopkamera erfaßt wird. Solche Rohrleitungsuntersuchungen sind allerdings technisch sehr aufwendig und damit kostenintensiv. |
Koloniebildung von Legionellen
Legionellen sind stabförmige Bakterien, die vor allem in stehenden, warmen Gewässern leben. Hierbei bilden Gewässer mit Temperaturen zwischen 25 °C und 50 °C ideale Lebensräume für die Bildung von Legionellenkolonien. Legionellen sterben erst bei Wassertemperaturen ab, welche deutlich über 60 °C liegen. Das „Arbeitsblatt W 551“ des DVGW aus April 2004 sieht zur Sanierung kontaminierter Rohrleitungssysteme mittels thermischer Desinfektion Wassertemperaturen von ≥ 70 °C vor [4].
Deshalb treten diese Bakterien in Schwimmbädern, Whirlpools oder öffentlichen Duschen auf. Auch Wasserspeicher von Warmwassererzeugungsanlagen sowie wenig durchflossene Wasserleitungen können Legionellen ideale Verbreitungsräume bieten. Einmal eingeatmet können die in den Wassertröpfchen verborgenen Bakterien zur Infektion mit Legionellose führen. Die bekannteste Form dieser Krankheit, die landläufig unter der Bezeichnung „Legionärskrankheit“ bekannt ist, sowie die damit verbundene Lungenentzündung nimmt in der Regel einen lebensgefährlichen Verlauf. Weit seltener ist die Form des Pontiac–Fiebers, bei dem die Krankheit einen milderen Verlauf hat und nur mit grippeähnlichen Symptomen einhergeht. Seit der erstmaligen Beschreibung der Legionärskrankheit 1976 hat es weltweit viele Todesfälle aufgrund dieser Krankheit gegeben. In Deutschland werden jährlich etwa 400 Infektionsfälle gemeldet, von denen rund 15% einen tödlichen Verlauf nehmen. Man kann allerdings davon ausgehen, dass die Dunkelziffer weitaus höher liegt.
Geschützt werden die Legionellen in den Rohrleitungen meist durch einen stabilen Biofilm, welcher den stabförmigen Bakterien einen optimalen Lebensraum und Nährboden bietet. Wenig benutzte Hausleitungen, stillgelegte Leitungen oder auch wassergekühlte Klimaanlagen bergen deshalb große Gefahren für die Gesundheit.
Eine Übertragung von Legionellen auf den Menschen ist prinzipiell durch den Kontakt mit Leitungswasser möglich, wenn die Legionellen in die tieferen Lungenregionen gelangen. Doch nicht jeder Kontakt mit legionellenhaltigem Wasser führt zwangsläufig zu einer Gesundheitsgefährdung. Erst das Einatmen bakterienhaltigen Wassers als Aerosol (Aspiration bzw. Inhalation) kann zu Erkrankungen führen.
Bereits ab einem Gehalt von 100 KbE[5] pro 100 ml gilt Trinkwasser als kontaminiert. Es besteht allerdings nur ein geringes Infektionsrisiko. Handlungsbedarf ist geboten ab einer Kontamination > 100.000 KbE pro 100 ml. In diesen Fällen spricht das DVGW-Arbeitsblatt W 551 von einer „extrem hohen Kontamination“ und fordert Sofortmaßnahmen wie bspw. die Desinfektion der Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlage oder die Verhängung eines Duschverbots.
| Fazit: |
Ist eine Wasserverteilungsanlage erst einmal gesundheitsgefährdend mit Legionellen kontaminiert, hilft nur noch eine technisch aufwendige und kostspielige Desinfektion durch einen Fachbetrieb. Allerdings existieren Vorboten, die es zu erkennen und zu deuten gilt. Sinkt bspw. der Wasserdruck dauerhaft ab oder schwankt dieser temporär, so kann das auf eine übermäßige Bildung von Inkrustationen hindeuten. Die gründliche Reinigung des hausinternen Rohrleitungssystems stellt eine Lösungsmöglichkeit dar. Wurde eine mäßige Kontamination festgestellt, kann eine chemische Reinigung des Rohrleitungssystems zielführend sein. In jedem Fall ist das regelmäßige Durchspülen des gesamten Rohrleitungssystems die beste Methode, um der Ansiedelung von Krankheitserregern wirksam vorzubeugen. Die radikale Reduzierung der Betriebszeiten der Zirkulationspumpe spart zwar eine Menge Energie, erhöht jedoch die Standzeiten des Wassers im Rohrleitungssystem, was wiederum die Gefahr einer Koloniebildung von Krankheitserregern erhöht. Eine moderne Warmwassererzeugungs–/–verteilungsanlage sollte derart konzipiert sein, dass auch während längerer Abwesenheitszeiten der Bewohner das Rohrleitungssystem zyklisch mit heißem Brauchwasser durchspült wird. Dies ist insbesondere bei Warmwasserverteilungsanlagen wichtig, da hier die höheren Temperaturen das Wachstum der Krankheitserreger begünstigen. |
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Aerobie ist das Gegenteil von Anaerobie. Es bezeichnet Leben, für das elementarer Sauerstoff (O2) benötigt wird. Weitere Informationen siehe: WIKIPEDIA |
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filamentös: fadenförmig; Mikrofilamente sind fadenförmige Protein–Strukturen in eukaryotischen Zellen. Weitere Informationen siehe: WIKIPEDIA |
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Ein Strahlregler, auch Luftsprudler oder Mischdüse, befindet sich häufig am Wasserauslauf eines Wasserhahns und ist maßgeblich an der Bildung des Wasserstrahles beteiligt. Der Strahlregler besteht aus einem Mundstück, einem Innenteil und einer Dichtung. Weitere Informationen siehe: WIKIPEDIA |
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Arbeitsblatt W 551 des DVGW aus April 2004, Kap. 8.2.1 „Thermische Desinfektion“ Seite 10 f.: Die thermische Desinfektion soll das gesamte System einschließlich aller Entnahmearmaturen erfassen. Bei einer Temperatur von ≥ 70 °C werden Legionellen in kurzer Zeit abgetötet. ... Jede Entnahmestelle ist bei geöffnetem Auslass für mindestens 3 Minuten mit mindestens 70 °C zu beaufschlagen. Daher muß das Wasser im Trinkwassererwärmer über 70 °C aufgeheizt werden. Temperaturen und Zeitdauer sind unbedingt einzuhalten. Die Auslauftemperatur ist an jeder Entnahmestelle zu überprüfen. ... |
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KbE = koloniebildende Einheiten |
