Coliforme Bakterien in Trinkwassernetzen Vorkommen, Bedeutung und Kontrolle

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1 Coliforme Bakterien in Trinkwassernetzen Vorkommen, Bedeutung und Kontrolle Andreas Korth Forum Wasseraufbereitung in Karlsruhe

2 Einleitung Mit der Umstellung des Nachweisverfahrens für coliforme Bakterien im Jahr 2003 kam es bei Wasserversorgern zu vermehrten Positivbefunden. Die neuen Nachweisverfahren weisen eine höhere Sensitivität auf, wodurch insbesondere vermehrt Umweltkeime erfasst werden. Hierin war ein Grund der Befundzunahme zu vermuten. Ausgehend von der internationalen Literatur wird jedoch auch eine Vermehrung im Trinkwassersystem diskutiert. Im Forschungsprojekt wurden systematische Untersuchungen im Labor und in verschiedenen Trinkwasserversorgungsnetzen zum Vorkommen und zu den Wachstumsbedingungen coliformer Bakterien durchgeführt. Ziel war die Ableitung von Empfehlungen zur Vermeidung, Beseitigung und Kontrolle coliformer Befunde bei der Wasserverteilung.

3 Definition der Coliformen Coliforme ist Hilfskonstruktion der Wasserbakteriologie Coliforme gehören zu der Familie der Enterobakterien (> 100 Spezies) und weisen bestimmte biochemische Eigenschaften auf Coliforme nach TrinkwV 1990: Lactosefermentation mit Säure- u. Gasbildung (Spezies aus 4 Gattungen der Enterobakterien) Coliforme nach ISO : Säurebildung bei Lactoseabbau (Spezies aus 9 Gattungen der Enterobakterien) Coliforme nach Colilert-Verfahren: Anwesenheit des Enzyms Galactosidase (Spezies aus 15 Gattungen der Enterobakterien, überwiegend sog. Umweltcoliforme)

4 Fragestellungen Kommt es zur Vermehrung coliformer Bakterien im: 1. Wasser 2. Biofilm 3. Ablagerungen in Trinkwassernetzen Verwendete coliforme Teststämme 1. Wasser: Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii, Enterobacter asburiae (Umweltisolat) 2. Biofilm: Enterobacter cloacae, Enterobacter asburiae (Umweltisolat), Enterobacter amnigenus (Umweltisolat) 3. Ablagerungen: Enterobacter asburiae (Umweltisolat)

5 Untersuchung von Ablagerungen in Netzen

6 Ergebnisse der Untersuchung von Ablagerungen aus Netzen Anzahl untersuchter Netze bzw. Behälter Anzahl Netze bzw. Behälter mit positivem Befund % positiv Spülwässer aus Verteilungsnetzen Sedimente aus Behältern 10 6* *Befundhäufigkeit: % der Spülwasserproben Für 70 % der positiven Proben der Spülwässer lag die Konzentration in einem niedrigen Bereich zwischen 1 4 Coliformen pro 100 ml, vereinzelt traten höhere Befunde bis 80 pro 100 ml auf. Die Konzentrationen in den Behältersedimenten bewegten sich zwischen 35 bis coliforme Bakterien pro g Sediment (Trockensubstanz).

7 Überprüfung der Detektion von Isolaten mit unterschiedlichen Verfahren Detektion der Isolate aus Spülwässern [%] Detektion der Isolate aus Behälterablagerungen [%] Colilert TTC-Agar (ISO ) TrinkwV 1990 (Säureund Gasbildung) 85 55

8 Vermehrung von Enterobacter asburiae in Trinkwasser (Reinkultur, Batch-Ansatz) Enterobacter asburiae/100 ml 1E+9 1E+8 1E+7 1E+6 1E+5 1E+4 1E+3 1E+2 1E+1 1E+0 Reinkultur E. asburiae TW austalsperrenwasser Tage (d) 0,00 mg C/l 0,05 mg C/l 0,10 mg C/l 0,15 mg C/l

9 Enterobacter asburiae + Mischbiozönose in Trinkwasser (Batch-Ansatz) Enterobacter asburiae/100 ml 1E+9 1E+8 1E+7 1E+6 1E+5 1E+4 1E+3 1E+2 1E+1 1E+0 E. asburiae mit Mischbiozönose TW aus Talsperrenwasser Tage (d) 0,00 mg C/l 0,05 mg C/l 0,10 mg C/l 0,15 mg C/l

10 Reaktor (Labor) und Biofilmmessstrecke (Wasserwerk) für Biofilmuntersuchungen

11 Veränderung von E. asburiae im Biofilm (Reaktorversuch) E. asburiae / cm² C 0 μg/l C 20 C + 50 μg/l C 20 C μg/l C 20 C μg/l C 0,1 0, Tage (d)

12 Veränderung von E. asburiae im Wasser der Reaktoren (Reaktorversuch) 200 E. asburiae / 100 ml C 0 μg/l C 20 C + 50 μg/l C 20 C μg/l C 20 C μg/l C Tage (d)

13 Veränderung der coliformen Bakterien im Biofilm (Biofilmmessstrecke im Talsperrenwasserwerk, Reinwasser v. Des.) 1, ,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Coliforme Bakt. im Biofilm / cm² Installation der BF-Anlage: Coliforme Bakterien Biofilm Coliforme Bakterien Wasser Coliforme Bakt. im Wasser / 100 ml 0 Untersuchungszeitraum

14 Veränderung der KBE und GZZ im Biofilm (Biofilmmessstrecke im Wasserwerk, Reinwasser v. Des.) 1,0E+07 KBE + GZZ / cm² 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 Installation der BF-Anlage: ,0E Untersuchungszeitraum KBE - DEV 22 C KBE - DEV 36 C KBE - R2A 7d Gesamtzellzahl (Ao)-GZZ

15 Überprüfung des Wachstums in Ablagerungen aus Behältern

16 Veränderung der coliformen Bakterien in Ansätzen mit Ablagerungen 1,0E+08 1,0E g/l Sediment 20 C 500 g/l Sediment 20 C E. asburiae / 100 ml 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E Tage (d)

17 Veränderung der Koloniezahlen sowie des Sauerstoffgehaltes 1,0E+10 1,0E+09 1,0E Coliforme und Koloniezahl 22 C / 100 ml 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E Sauerstoff [mg/l] 1,0E ,0E Tage (d) 0 Coliforme 500 g/l Sediment 20 C KBE 22 C 500 g/l Sediment 20 C Sauerstoff 500 g/l Sediment 20 C

18 Gelchromatografische DOC-Charakterisierung der Ansätze mit Sediment Niedermolekulare Verbindungen OCD [relative Signalhöhe] Retentionszeit [min] Reinwasser + 10 g/l Sediment Reinwasser g/l Sediment Reinwasser

19 Zusammenfassung In einem hohen Prozentsatz von Spülwässern und Behältersedimenten waren coliforme Bakterien nachweisbar. Somit liegen in Ablagerungen Randbedingungen vor, die eine Ansiedlung bzw. Vermehrung coliformer Bakterien ermöglichen. Coliforme Bakterien können sich in Reinkultur bereits bei geringen Nährstoffgehalten im Trinkwasser vermehren, wobei höhere Temperaturen das Wachstum begünstigen. Bei gleichzeitiger Anwesenheit der natürlichen Bakterienbiozönose wurde jedoch keine Vermehrung beobachtet, da die Nährstoffe schneller verwertet werden. Eine Vermehrung von eingetragenen coliformen Bakterien in einem Trinkwasserbiofilm konnte in keinem Fall, selbst bei Zugabe von Nährstoffen, beobachtet werden. Nur bei ständiger Nachlieferung waren coliforme Bakterien auch länger im Biofilm nachweisbar. Auch hier ist der Konkurrenzeffekt mit der natürlichen Biozönose als Ursache anzusehen. In Sedimenten wurde unter sauerstoffarmen Bedingungen eine Vermehrung coliformer Bakterien festgestellt. Zurückzuführen ist dies auf einen Wachstumsvorteil der coliformen Bakterien gegenüber der natürlichen Biozönose sowie dem Nährstoffgehalt der Ablagerungen.

20 Schlussfolgerungen Kein Wachstum coliformer Bakterien im Trinkwasser bei Anwesenheit der natürlichen Biozönose Kein Wachstum coliformer Bakterien im Biofilm Besiedlung von Sedimenten durch coliforme Bakterien Bei Befunden coliformer Bakterien sind als wahrscheinlichste Ursachen anzusehen: Eintrag von außen Remobilisierungen von Sedimenten Wachstum auf ungeeigneten Materialien

21 Handlungsempfehlungen Treten in einem Verteilungssystem häufiger coliforme Bakterien auf, ist von einem Eintrag von außen auszugehen. Die Identifizierung und Beseitiung der Eintragsquelle führt umgehend zu einer Verbesserung der hygienischen Situation. Treten coliforme Bakterien sporadisch in niedriger Konzentration auf, so kann als Ursache ein Eintrag von außen, aber auch die Freisetzung aus Ablagerungen angenommen werden. Auch in diesem Fall ist die Quelle zu identifizieren und zu beseitigen. Zur Vermeidung einer Ansiedlung der coliformen Bakterien in Ablagerungen ist neben der Verhinderung des Eintrags der coliformen Bakterien eine regelmäßige Entfernung der Ablagerungen erforderlich (Behälterreinigung, Netzspülungen). Der Reinigungszyklus ist der Geschwindigkeit der Ablagerungsbildung anzupassen. Durch einen möglichst stabilen Netzbetrieb sollte eine Resuspension von Ablagerungen vermieden werden.

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