Gutachten. Langzeitversuch zur Prüfung und Bewertung des Legionellen-Rückhaltevermögens

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1 Hygiene-Institut des Ruhrgebiets Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin Direktor: Prof. Dr. rer. nat. L. Dunemann Hygiene-Institut Postfach Gelsenkirchen PB International B.V Winkelskamp PZ HENGELO (GLD) NIEDERLANDE Rotthauser Str Gelsenkirchen Zentrale (0209) Durchwahl (0209) Telefax (0209) c.schell@hyg.de Internet Unser Zeichen: Ansprechpartner:Frau Dr. Ch. Schell Gelsenkirchen, den Gutachten Langzeitversuch zur Prüfung und Bewertung des Legionellen-Rückhaltevermögens von Hohlfasermembranfiltern CSWfilter Ultrafiltration 7 bores membrane Fabrikat PB International Auftraggeber: Auftragnehmer: PB International B.V. Winkelkamp PZ Hengelo (Gld) Niederlande Hygiene-Institut des Ruhrgebiets Gelsenkirchen Die Ergebnisse der Prüfungen beziehen sich ausschließlich auf das oben genannte Untersuchungsgut. Gutachten, Prüfzeugnisse und Prüfberichte dürfen ohne vorherige Zustimmung nur nach Form und Inhalt unverändert veröffentlicht oder vervielfältigt werden. Die gekürzte Wiedergabe eines Prüfberichtes ist nur mit vorheriger Zustimmung des Hygiene-Instituts zulässig. DAP-PL Träger des Hygiene-Instituts: Verein zur Bekämpfung der Volkskrankheiten im Ruhrkohlengebiet e.v., Gelsenkirchen

2 Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin Seite 2 von 7 Einführung Legionella pneumophila und andere pathogene und fakultativ pathogene Mikroorganismen können sich in Trinkwasser aufhalten und sich dort unter günstigen Bedingungen auch vermehren. Ihr Vorhandensein stellt ein potentielles Gesundheitsrisiko für den Menschen dar. Neben anderen Maßnahmen ist die Filtration ist ein Verfahren, mit dem bei Einhaltung bestimmter Rahmenbedingungen Mikroorganismen effektiv aus dem Trinkwasser entfernt werden können. Wie effektiv dieses Rückhaltevermögen ist, hängt ab von der Porengröße der verwendeten Filter. Im Bereich der Mikroorganismen, zu denen neben Bakterien u. a. auch Viren zählen, reichen die anwendbaren Filtrationsverfahren von der Mikro- über die Ultra- bis zur Nanofiltration. Eine Übersicht über mittlere Größenverhältnisse mit denen für einen Rückhalt geeigneten Verfahren ist in Abbildung 1 dargestellt. Porengröße Legionellenfilter Schematische Übersicht Filtrationsmethode 0,03 µm µm 0,001 0,01 0,1 1, Angström Viren Bakterien, (LEGIONELLEN, E.coli, usw.) Kohlenstoff Farbpigmente Zysten Tabakrauch Kohlenstaub Gelatine Pollen Latexemulsion Asbest Mehlstaub Filtrationsmethode ULTRAFILTRATION NANOFILTRATION MIKROFILTRATION Gefilterte Wasserinhaltstoffe Abb. 1: Filtrationsverfahren Ziel Mit Hilfe des nachstehend beschriebenen Versuchsaufbaus sollte ein Langzeitversuch durchgeführt werden zur Ermittlung der maximalen Standzeit des Ultrafiltrationsfilters Typ CSWfilter Ultrafiltration 7 bores membrane Fabrikat PB International im Hinblick auf den Rückhalt von Legionella pneumophila aus Trinkwasser bei arbeitstäglicher Mehrfachnutzung. Im Ablauf eines Filters sollten zu keinem Zeitpunkt Legionellen nachweisbar sein.

3 Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin Seite 3 von 7 Aufbau Bei dem genannten Filtertyp handelt es sich um gebündelte Kapillar-Membranen mit einer Porengröße von < 0,03 µm, welche von einem Hartkunststoffgehäuse umgeben sind. Die Durchlauf-Kapazität beträgt Liter Wasser / Stunde bei einem maximalen Arbeitsdruck von 6 bar. Das Filterelement wird vor den Duschkopf montiert, so dass bei Betrieb das Leitungswasser mit dem dort vorherrschenden Druck direkt durch die Kapillar-Membranen gedrückt wird. Im praktischen Einsatz besteht bei dem zu überprüfenden Filtrationssystem die Möglichkeit, vor und nach der Betriebsphase durch elektronische Steuerung eine sogenannte Spülphase zu schalten, um das von den Filtern zurückgehaltene Material zu entfernen. Um die Untersuchungen zur Standzeit der Hohlfasermembranfilter durchführen zu können, wurde ein mobiler Versuchsaufbau verwendet, der eine Duschvorrichtung simulierte (s. Timer Spülventil Filter Vorlagebehälter mit Legionellenhaltigem Trinkwasser WZ Wasserzähler WZ WZ WZ Pumpe Abbildung 2 - schematische Darstellung). Trinkwasser Abb. 2: Schematischer Versuchsaufbau Legionellenfreies Trinkwasser aus dem Leitungsnetz wurde in einem Vorlagebehälter mit Legionella pneumophila beimpft, unter definierten Bedingungen mittels der vorgesehenen Filtereinheit filtriert und der Legionellen-Rückhalt in Abhängigkeit von der Spüleinstellung und der Versuchsdauer quantifiziert. Es wurden drei Filter mit unterschiedlichen Spüleinstellung untersucht (Versuchsstrecke 1, 2, 3):

4 Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin Seite 4 von 7 Versuchsstrecke 1: keine Spülung des Filters Versuchsstrecke 2: Spülung des Filters vor dem Duschlauf, Spülzeit 1 Sekunde Versuchsstrecke 3: Spülung des Filters vor und nachdem Duschlauf, Spülzeit jeweils1 Sekunde Parallel dazu wurde ein Kontrollversuch mit undotiertem Leitungswasser durchgeführt (Versuchsstrecke 4). Durchführung Als Teststamm diente Legionella pneumophila ATCC Ausgehend von der tiefgefrorenen Stammkultur wurde eine Gebrauchskultur (1) auf MWY-Agar angelegt (alle vier Wochen neu). Davon wurden wöchentlich Platten als Gebrauchskultur (2) abgeimpft. Diese wurden nach ca. 7 Tagen Bebrütung jeweils zu Wochenbeginn mit sterilem Puffer abgeschwemmt und in einem Gesamtvolumen von ml über eine Woche bei 4 8 C aufbewahrt. Aus dieser Gebrauchslösung heraus erfolgte die Dotierung des Trinkwassers im Vorlagebecken mit einer definierten Ausgangskonzentration (ca. 1 x x 10 5 koloniebildende Einheiten / 100 ml). Der Vorlagebehälter enthielt bei jedem Filtrationsversuch ein Gesamtvolumen von ca. 350 bis 400 Litern. Eine arbeitstägliche Koloniezahlbestimmung der Legionellen in der Stammlösung diente als Kontrolle der Vitalität und der relativ gleichbleibenden Ausgangskonzentration der eingesetzten Kultur im Verlauf der Arbeitswoche. Aus dem Vorlagebehälter wurde das legionellenhaltige Wasser mittels einer Pumpe entnommen. Nach der Pumpe war eine Probenahmestelle zur Entnahme von Wasserproben (Filter-Zulauf) installiert. Im Zulauf der Kontrollstrecke war ebenfalls eine solche Probenahmestelle (Filter- Zulauf Kontrolle) installiert. Vor jeder Filterkartusche war ein Wasserzähler eingebaut, um bei jedem Durchlauf ein definiertes Wasservolumen über die Filter leiten zu können. Zum Ende der Versuchsreihe wurde das gesamte über jede Einheit gefilterte Wasservolumen ermittelt. Nach jeder Filtereinheit war ein Zapfhahn zur Entnahme von Wasserproben (Versuchsstrecken Legionellen: Filter-Ablauf 1 3 und Versuchsstrecke Kontrolle: Filter - Ablauf 4) installiert. Der Wasserdurchlauf pro simuliertem Duschvorgang sowie die Durchführung der jeweiligen Spülvorgänge erfolgten elektronisch gesteuert Betrieb der Anlage Die Filter 1 3 wurden an drei bis vier Arbeitstagen pro Woche mit legionellenhaltigem Wasser beaufschlagt. Dabei wurden an jedem Tag drei Duschgänge simuliert, so dass pro Woche eine Mindestanzahl an Duschgängen durchgeführt wurde. Der Wasserverbrauch pro Duschgang

5 Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin Seite 5 von 7 sollte eine vorgegebene Menge von ca. 83 l bei einer Betriebszeit von ca. 10 Minuten betragen (Wasserdurchsatz 500 l/h). Beim Kontrollfilter 4 wurde das entsprechende Wasservolumen direkt aus dem Leitungsnetz mit dem dort vorherrschenden Wasserdruck durchgeleitet. Beprobung der Anlage Die Zu- und Abläufe der Filter wurden nach folgendem Zeitschema beprobt (Probenvolumen mindestens 150 ml): Probenahmestellen Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Filterzulauf Pumpe X X X X Filterablauf Versuchsstrecke 1 X X Filterablauf Versuchsstrecke 2 X X Filterablauf Versuchsstrecke 3 X X Filterablauf Kontrollstrecke 4 X X Filterzulauf Kontrollstrecke X Die Entnahme aus den Zapfhähnen erfolgte ohne abzuflammen und ohne Vorlauf direkt in sterile Glaskolben. Jede Wasserprobe wurde sofort nach Entnahme im Labor unter Säurezugabe zur Verringerung der Begleitflora filtriert (100 ml, 10 ml, 1 ml). Die Filter wurden auf MWY-Agar gelegt und 7 10 Tage bei 36 C inkubiert (in Anlehnung an ISO / UBA-Empfehlung 11/2000). Ergebnisse Die Versuchsreihe wurde im Zeitraum vom bis durchgeführt. Vor dem Einbau der Filter und der Verwendung von dotiertem Trinkwasser wurde die gesamte Anlage mit Leitungswasser gespült und Proben gezogen, um Verunreinigungen zu entfernen und eine eventuelle Belastung mit Legionellen im Vorfeld auszuschließen. Sämtliche Ergebnisse waren negativ. Die Dotierung des Vorlagebehälters mit dem Teststamm erfolgte direkt vor jedem Durchlauf. Dabei wurden Ausgangskonzentrationen im Bereich von 9,8 x ,9 x 10 7 koloniebildende Einheiten / ml Gebrauchslösung eingesetzt, so dass theoretisch Mengen zwischen 3,8 x ,8 x 10 5 KBE / 100 ml Trinkwasser im Gesamtvolumen des Vorlagebehälters vorlagen (Sollvorgabe: ca. 1,0 x ,0 x 10 5 KBE / 100 ml ).

6 Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin Seite 6 von 7 Während der gesamten Versuchsdauer wurde durch arbeitstägliche Beprobung der Filterzuläufe (nach Pumpe) und positivem Nachweis von Legionellen sichergestellt, dass eine Beaufschlagung der Filter mit vitalen Legionellen erfolgte. Diese Beprobung wurde, ebenso wie die Beprobungen an den anderen Zapfhähnen zu unterschiedlichen Zeitpunkten (bei erstem, zweitem oder drittem Durchlauf) durchgeführt. Die Laufzeit der ersten Versuchsreihe betrug 12 Wochen ( ). Während dieses Zeitraumes konnte bei arbeitstäglicher Mehrfachnutzung bei keiner der beaufschlagten Versuchsstrecken ein Auftreten von Legionellen nachgewiesen werden. Die mit undotiertem Trinkwasser beaufschlagte Kontrollstrecke blieb ebenfalls über den gesamten Versuchsablauf legionellenfrei. Eine Zusammenstellung der jeweiligen Ausgangsbedingungen und Ergebnisse jeder einzelnen Versuchsstrecke über die gesamte Versuchszeit enthält die Tabelle in Anhang 1. Aufgrund der erzielten Ergebnisse wurde der Versuchsablauf modifiziert. Die Kontrollstrecke sowie die Versuchsstrecke 2 (Spülung vor dem Duschgang) wurden weiterhin arbeitstäglich mehrfach genutzt, die Strecken 1 (keine Spülung) und 3 (Spülung vor und nach dem Duschgang) im Gegensatz dazu nur alle 6 bis 8 Wochen (Stagnationszeiten). In regelmäßigen Abständen wurden Wasserproben bei den einzelnen Strecken gezogen und untersucht. Die Laufzeit der zweiten Versuchsreihe erstreckte sich über fast ein Jahr ( ). Während dieses Zeitraumes konnte bei der beaufschlagten Versuchsstrecke 2 kein Durchbruch von Legionellen nachgewiesen werden. Auch im Stagnationswasser der anderen beiden Versuchsstrecken waren keine Legionellen nachweisbar. Allerdings war die Versuchsstrecke 1 zum Ende der Versuchszeit praktisch nicht mehr nutzbar, da sich das Filter ohne Zwischenspülungen durch die Beladung der Filterkartuschen mit den Testlegionellen und anderen im Wasser vorhandenen Bakterien und Partikeln zugesetzt hatte. Die Kontrollstrecke blieb ebenfalls legionellenfrei. Eine Zusammenstellung der jeweiligen Ausgangsbedingungen und Ergebnisse jeder einzelnen Versuchsstrecke über die gesamte Versuchszeit enthält die Tabelle in Anhang 2. Insgesamt wurden folgende Wasservolumina über die jeweilige Kartusche gefiltert: Filterbezeichnung Gefiltertes Gesamtvolumen Versuchsstrecke 1 7,478 m³ Versuchsstrecke 2 48,652 m³ Versuchsstrecke 3 10,580 m³ Kontrollstrecke 4 49,247 m³

7 Institut für Umwelthygiene und Umweltmedizin Seite 7 von 7 Beurteilung Ziel der vorliegenden Versuche war die Ermittlung der maximalen Verwendbarkeitsdauer von Hohlfasermembranfiltern Typ CSWfilter Ultrafiltration 7 bores membrane Fabrikat PB International bei täglicher Nutzung und im Hinblick auf den sicheren Rückhalt von Legionella pneumophila aus Trinkwasser. Bei permanenter Legionellenbelastung des Wassers sollten im Auslauf eines Filters zu keinem Zeitpunkt Legionellen nachweisbar sein. Während des gesamten Versuchsablaufes vom bis wurde an der Probenahmestelle Pumpe (Filter-Zulauf) das Vorhandensein von Legionellen aus dem dotierten Vorlagebehälter nachgewiesen, so dass eine regelmäßige Belastung der Membranfilter gewährleistet war. Bei den im Dreifach-Ansatz beaufschlagten Versuchsstrecken mit unterschiedlichen Spüleinstellungen zeigte sich im Gegensatz dazu nach Passage des belasteten Wassers durch die Filter kein positiver Nachweis von Legionellen über den gesamten Untersuchungszeitraum (Filter-Ablauf 1 3). In diesem Zeitraum wurden Wassermengen zwischen 7,5 und 48,6 m 3 je Filterelement gefiltert. Abschließend ist festzustellen, dass unter den vorherrschenden Versuchsbedingungen bis zum Abbruch der Versuche nach etwa anderthalb Jahren kein Durchbruch des eingesetzten Teststammes von Legionella pneumophila durch die Hohlfasermembranfilter nachweisbar war. Zu keinem Zeitpunkt und bei keiner der beaufschlagten Versuchsstrecken konnten Legionellen im Filterablauf nachgewiesen werden. Dies war unabhängig davon, ob und welche Spülgänge vor bzw. nach Nutzung durchgeführt wurden. Damit ist bei sachgerechtem Einsatz und unter gleichbleibenden Entnahmebedingungen der Rückhalt von Legionella pneumophila aus belastetem Trinkwasser durch die Hohlfasermembranfilter Typ CSWfilter Ultrafiltration 7 bores membrane Fabrikat PB International über einen Zeitraum von mindestens 17 Monaten gewährleistet. Mit freundlichen Grüßen Der Direktor des Instituts i.a. Priv.-Doz. Dr. G.-J. Tuschewitzki (Leiter der Abteilung Wasserhygiene und Umweltmikrobiologie) Dr. Ch. Schell (Abteilung Wasserhygiene und Umweltmikrobiologie)