Herzlich willkommen! Einflussfaktoren auf die Sanierung und Desinfektion von Trinkwasser- Installationen

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1 Herzlich willkommen! Einflussfaktoren auf die Sanierung und Desinfektion von Trinkwasser- Installationen 1

2 Inhalt 1. Technische Mängel (TRWI) Einflussfaktor 1 2. Biofilm Einflussfaktor 2 - Struktur/Entstehung/VBNC/Biokorrosion - Legionellen/Pseudomonaden 3. Trinkwasserdesinfektion/Anlagendesinfektion - W 551 / W 556 / W Umsetzung in die Praxis 2

3 Technische Normen TrinkwV 2. Änderungsverordnung 2012 VDI/DVGW 6023 DIN DIN EN DIN EN 1717 DVGW-Arbeitsblatt W 551 / W 553 / W 556 / W 557 DIN 2001 UBA-Empfehlungen ZVSHK Merkblätter twin 3

4 Technische Mängel (TRWI) Keine bestimmungsgemäße Nutzung der Trinkwasser-Installation und/oder des Gebäudes Überdimensionierung des Leitungsnetzes Stagnation Totleitungen, Querverbindungen Bauteile der Trinkwasser-Installation, in denen das Wasser stagniert (z. B. nicht zwangsdurchströmte Membranausdehnungsgefäße) 4

5 Technische Mängel (TRWI) Temperaturen niedriger als in DVGW W 551 gefordert - Fehlender hydraulischer Abgleich (W 553) - Unzureichende oder keine Isolation der Kaltund Warmwasserverteilungssysteme Ungeeignete Werkstoffe Defekte Anlagenteile (z. B. Wärmetauscher, Zirkulationspumpen) Zentrale Durchgangsmisch- und Regelarmaturen 5

6 Technische Mängel (TRWI) Korrosionsschäden bzw. starke Kalkablagerungen in Rohrleitungen Unzureichende Nutzung von (einzelnen) Entnahmestellen, Strängen oder gesamten Anlagen (z. B. Ferienwohnblocks in Zeiten ohne Belegung) Hygienische Mängel Anlagenteile (einschließlich Rohre und Armaturen) ohne Prüfzeichen Bild: Exner u. Tuschwitzki, 1984 Mangelhafte Wartung und Instandhaltung Bild: W. Kölle, Hannover 6

7 Temperatur Legionellen Quelle: Wachstums- und Absterbekurve für Legionellen im Wasser (nach WHO-Report 2008) 7

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9 Kaltwasser / Beispiel Warmwasserzirkulation Warmwasser Kaltwasser Nach Ertüchtigung der Anlage (Baujahr 1969), Leerwohnung (oberstes Geschoss) trat kurzfristig Kaltwasser mit 51 C aus. 25 C wurden nach 1 min 8 s erreicht. 9

10 Kaltwasser Aktuelle Studie: Universität Dresden, BMWi-Projekt: Statistik weitergehende Untersuchungen, 49 % der Daten aus Krankenhäusern und Pflegeheimen - zulässiger Bereich >20-25 C stärker betroffen als nicht zulässiger Bereich von >50-55 C - Problem Mischwasser Sachverständige berichten von Auffälligkeiten über 50 % (Kaltwasser) Frühere Studien: 12 % (ansteigend mit Größe des Systems) 10

11 Kaltwasser Fachartikel: Sanierungskosten für Legionellen erreichen ungeahntes Ausmaß Wassertemperaturen als wichtiger Hinweis (Hygieneinspektor 12/2013; SHT 10/2013) - Folgen für Vermieter/Immobilieneigentümer/ -verwalter - Folgen für Immobilienbewerter - Sanierungsbeispiel an einem 6-Familien-Haus - Rechtliche Fakten/Folgen bei Nichteinhaltung 11

12 Beispiele für Problemfälle Beispiel 1 Eigenwasserversorgung mit Fe- Problemen 12

13 Beispiele für hygienische Problemfälle Beispiel 2 Trinkwasserversorgung von Hotel!! 13

14 Beispiele für hygienische Problemfälle Beispiel 3 Eigenwillige Spüleinrichtung 14

15 Grundlagen Biofilm Zahl der Mikroorganismen wird wesentlich beeinflusst durch - Temperatur - Organische Verunreinigungen/Exogene Einträge - Stagnation/Aufenthaltszeit - Werkstoffe/Materialien (TRWI) - Oberflächenstruktur - Biofilme 15

16 Grundlagen Biofilm Definition Biofilm : - Ansiedelung von Mikroorganismen an den Grenzflächen Wasser/festes Medium (Flocken, Filme haftender Zellen). - Ubiquitär in der Natur medizinischer Bereich technische Systeme 16

17 Grundlagen Biofilm Nährstoffe und MO aus dem Wasser Conditioningfilm Adhäsion Mikrokolonien Reifer Biofilm Ablösung und Ausbreitung µm Materialoberfläche Bilder: nach H.-C. Flemming 17

18 Grundlagen Biofilm Bilder: nach L. Hall Stoodley, p. Stoodley, J.W. Costerton 2004 Heisse Quelle Flusswasser (Algen) Pseudomonas-Biofilm 0,03 m/s Pseudomonas-Biofilm 1 m/s 18

19 Was hält Biofilme zusammen? Stark hydratisierte Biopolymere ( Schleime ) mit heterogener Struktur, mikrobieller Ursprung Gel-Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS): Polysaccharide (Zucker), Proteine, Fette (Lipide), Nucleinsäuren, Öle (z. B. Cellulose, Alginat, Dextran, Hyaluronsäure...) Bilder: nach H.-C. Flemming

20 Was hält Biofilme zusammen? % Wasser 1-2 % EPS Alginat (Rot) Bakterien (Grün): Pseudomonas aeruginosa Bilder: nach H.-C.Flemming % MO ( Zellen/ml) 5 % im Wasser x % Mineralische Phase (Silikate, Phosphate, Sulfate, Calcium-/Magnesium-Carbonate [Kalk], Eisen, Mangan) 20

21 Legionellen Aspiration / Mikroaspiration Infektionsdosis:?? Verdoppelungszeit bei C: 3 h 21

22 Legionellen Biofilm - Amöben In Amöben: von 1 Legionella auf 1000 in 24 h 2 h 4 h 6 h 12 h Quelle: W.F. McCoy h 24 h Quelle: W.F. McCoy

23 Pseudomonas aeruginosa Ubiquitär (überall) vorkommend - Unter anderem in Oberflächenwasser, Grundwasser und Böden - Typische Standorte der Besiedlung sind Wasser-Luft- Grenzflächen, wie Wasserhähne, Duschköpfe, Waschbecken, Abflusssyphons, Luftbefeuchter aber auch Ionenaustauscher, Dichtungsmaterialien sowie Sandund Aktivkohlefilter - Optimale Wachstumstemperatur in der Trinkwasser-Installation: 15 bis 30 C - ph 5 - Bis 3,5 % Salzgehalt 23

24 Pseudomonas aeruginosa Resistenzen gegen Antibiotika Unempfindlich gegen Chlor Überleben auch thermische Desinfektion nach W 551 (Hinweis DVGW W 556, twin Nr. 05 April 2009) Abbau von Peroxiden durch eigene Enzyme Bilden bei höherer Zelldichte Biofilme (Schleime), die sie gegen Fresszellen und Antibiotika/Biozide schützen 24

25 Was hält Biofilme zusammen? Bakterien-Alginat: Stabilität durch Ca-Ionen (bei Algen-Alginat noch höher) Höhere Stabilität (Elastizität steigt) durch Fe(II)- und Fe(III)-Ionen (Mg(II)-Ion zu klein für Brückenbindung) (Bsp. Pseudomonas aeruginosa) Proteine, extrazelluläre Enzyme haben Strukturfunktion (Vernetzungsstellen), Abbau von Substanzen Bild: nach H.-C.Flemming

26 Bindungskräfte - Stabilität Große Anzahl an Bindungsstellen Makromolekül (ca. 10 8, übertrifft kovalente Bindung bei 0,1 % Reaktion - Bereich 2: Biofilm als Gel - Bruchpunkt 3: Fluktuierende Haftpunkte (ungerichtet) und Bindungsstellen gleiten übereinander bis neue Bindungsstellen gefunden sind (Bsp. Bach mit algenbewachsenen Steinen) Hohe Scherkräfte Entlangfließen an Oberflächen Bild: nach V. Körstgens, J. Wingender, H.-C.Flemming

27 VBNC-Stadien Langsamere Wachstumsraten der Bakterien im Biofilm. Die Bakterien zeigen teilweise einen reduzierten Stoffwechsel bis hin zu Ruhestadien (VBNC viable but not culturable) Reduzierte Stoff-/Giftaufnahme Schutz durch Untätigkeit (Erhaltungsstoffwechsel) 27

28 VBNC-Stadien Cu-Ionen induzieren einen VBNC-Zustand Chlor, ECA-Chlor- oder Chlordioxid-Dosierung (0,2 mg/l) VBNC-Zustand (vorübergehende Maßnahmen) Anlagendesinfektion: Hinweis auf höhere Wirksamkeit! Quelle: Biofilm-Center, Prof. Flemming 28

29 Biokorrosion durch Biofilme Durch mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) entstehen jährlich wirtschaftliche Schäden in beträchtlichem Umfang. Der Anteil von MIC an der Gesamtkorrosion (d. h. abiotisch und biotisch verursachter Korrosion) wird auf mindestens 20 % geschätzt; er liegt nach neueren Erkenntnissen wahrscheinlich deutlich höher. Oftmals unentdeckt bzw. nicht erkannt Selbst höherlegierte Werkstoffe wie V2A und V4A + Kunststoffe werden geschädigt. 29

30 Hygienische/Technische Probleme durch Biofilme Kontamination des Wassers durch Biofilm- Mikroorganismen: Aufkeimung, Freisetzung von Mikroorganismen mit hygienischer Relevanz Zehrung von Desinfektionsmitteln sowie Bildung von Desinfektions-Nebenprodukten, Toleranz Bildung von Geruchsstoffen Ursache für Verfärbung und Trübung von Trinkwasser Mikrobiell beeinflusste Korrosion (Biokorrosion) Erhöhung des Strömungswiderstands in Rohren 30

31 Maßnahmen für die Praxis (kurzfristig/mittelfristig) DVGW-Arbeitsblatt W 551 Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums, Sanierung und Betrieb Die chemische Desinfektion ist eine vorübergehende Maßnahme, die solange aufrecht erhalten werden darf, bis bauliche Mängel und betriebstechnische Mängel in der Installation abgestellt sind. DVGW-Arbeitsblatt W 556 (NEU: Frühjahr 2014 Entwurf) Methodik und Maßnahmen zur Behebung von Mängeln in Trinkwasser-Installationen - Allgemeines und mikrobielle Mängel DVGW-Arbeitsblatt W 557 Reinigung und Desinfektion von Trinkwasser-Installationen 31

32 DVGW W 551 Einflussfaktoren auf die Sanierung und Desinfektion von TRWI 32

33 Thermische Desinfektion nach W 551 Erhitzen des gesamten Rohrnetzes auf 70 C für mindestens 3 Minuten (nicht Kaltwasser!) Medium Wasser wird entkeimt/amöben überleben Keine Biofilmablösung / Kalkablagerungen Stabilisierung der Biofilmstrukturen Werkstoffschädigung (keine Prophylaxe, W 556) Kosten (Energie)- und zeitaufwendig 33

34 Thermische Desinfektion nach W 551 AK Trinkwasser-Installation und Hygiene: Kontaminierte Duschköpfe, Duschschläuche und Komponenten wie Strahlregler, Dichtungen etc. sollten ausgewechselt werden. Besiedelte Entnahmearmaturen und Mischbatterien sollten ausgebaut und ausgekocht werden, sofern deren Materialien dies gestatten (Pseudomonas) Twin Nr.05, April 2009: Eine thermische Desinfektion kann auch zur Inaktivierung anderer Mikroorganismen, z. B. Pseudomonas aeruginosa, gegebenenfalls mit anderen Temperaturen und Einwirkzeiten, eingesetzt werden 34

35 DVGW-Arbeitsblatt W 556 (NEU: Gelbdruck 2014) Sanierung von Trinkwasser-Installationen - Allgemeines Vorgehen und mikrobiologische Mängel Die periodische temporäre Temperaturerhöhung im Trinkwassererwärmer inklusive Zirkulationssystem (z.b. Legionellenschaltung oder Legionellenschleuse ) ist gemäß der DVGW-Arbeitsblätter W 551 und W 557 keine thermische Desinfektion und nicht zielführend. Weiterhin kann sie zu einer Schädigung der Werkstoffe führen. BMBF-Verbundprojekt Biofilme in der Trinkwasser-Installation (Biofilm-Centre, Prof. Dr. Hans-Curt Flemming) Thermo-oxidative Maßnahmen zur Anlagendesinfektion führen zu Werkstoffalterung 35

36 Anwendung Chlor Handelsübliche Produkte - Wirkstoffkonzentration von ca g/l Chlor - Abnahme des Gehaltes mit der Standzeit: 1 g Chlor/l und Tag Einsatzbedingungen (GENO -Chlor A): - Zulässige Zugabemenge max. 1,2 mg/l freies Cl 2 - Höchstkonzentration nach Aufbereitung: 0,1 mg/l < freies Cl 2 < 0,3 mg/l Nachteile: - Temperatur- und ph-wert abhängig, - Mögliche krebserregende Wirkung durch Bildung von THM s (Trihalogenmethanderivate, Chlorverbindungen) 36

37 Effektivität Chlor (aktuell) ECA-Chlor (Elektrolyse) und NaOCl (vergleichbar): Legionellen VBNC ab 0,25-0,30 mg/l, völlig inaktiv ab 0,6 mg/l (1 h Einwirkzeit) Pseudomonas: 0,2-12 mg/l Chlor: 100 % aktiv, 15 mg/l: 50 % aktiv, 30 mg/l: 0%! Besser mind. 2-Stoffverfahren bei der Desinfektion! Wichtig: Vorherige Reinigung Kurze Desinfektion: Gefahr VBNC, Erfolg nicht direkt nach der Maßnahme messen, erst nach mind. 1 Woche! (Tabellen Maßnahmen W 551!!) 37

38 Anwendung Chlordioxid 3 Verfahren zur Herstellung (2 Komponenten): Natriumchlorit (NaClO 2 ) + Salzsäure (HCl) Natriumchlorit (NaClO 2 ) + Chlorgas (Cl 2 ) Natriumchlorit (NaClO 2 ) + Natriumperoxodisulfat Max. Dosierkonzentration von 0,2 mg/l ClO 2 (GENO - Baktox) - Einhaltung des Chloritgrenzwertes Konzentrationsbereich nach Abschluss der Desinfektion - Maximal 0,2 mg/l freies Chlordioxid - Mindestens 0,05 mg/l freies Chlordioxid 38

39 Effektivität Chlordioxid (aktuell) Keine Resistenzbildung von Mikroorganismen - Durch irreversible oxidative Eiweißzerstörung Schnelle Keimabtötung bis ph 9,5 mit niedriger Wirkzeit / VBNC-Zustände / Laufzeit: mind. 3 Monate Beständigkeit Biofilm: von 0,3 auf 2 mg/l ClO 2 : 49 % Reduktion GZZ (Gesamtzellzahl, nicht KBE!) 7,5 mg/l auf 58 % Reduktion GZZ ab 50 mg/l: 94 % Reduktion GZZ 39

40 Spülung und Desinfektion von Trinkwasser-Installationen laut Regelwerk Regelwerk Trinkwasserverordnung (TrinkwV) DIN EN Spülen von Rohrleitungen DIN EN Desinfektion VDI 6023 Hygiene in Trinkwasser-Installationen Arbeitsblatt DVGW W 557 Reinigung und Desinfektion von Trinkwasser- Installationen 40

41 Spülung und Desinfektion von Trinkwasser-Installationen laut Regelwerk Hilfreiche Durchführungshinweise finden Sie im: ZVSHK Kommentar zur 2. Änderungsverordnung der Trinkwasserverordnung ZVSHK-Fachinformation Technische Massnahmen zur Einhaltung der Trinkwasserhygiene ZVSHK-Fachinformation Sanierung kontaminierter Trinkwasser-Installationen ZVSHK-Merkblatt Spülen, Desinfizieren und Inbetriebnahme von Trinkwasser-Installationen ZVSHK-Betriebsanleitung Trinkwasserinstallation 41

42 Spülen (Wasser/Luft) - Spülkompressor Wasser/Luft-Spülung immer am Anfang durchführen Mindestfließgeschwindigkeit im größten Rohrabschnitt des Spülabschnittes - 0,5 m/s bei Spülung vor Inbetriebnahme - Bei Sanierungs-Spülungen empfehlen wir mind. 2 m/s Die Spüldauer ist vom Austrag der Verunreinigungen abhängig, erkennbar an Trübungen im abfließenden Spülwasser. 42

43 Wasserstoffperoxid Universelle Verwendbarkeit (GENO -perox ) Biofilmablösung wissenschaftlich nachgewiesen (TU München) Wirkung ist ph- und temperaturunabhängig! Gute Dosierbarkeit und Kontrolle (Ausspülen) Halbquantitative Bestimmung (Teststreifen) Heftige Reaktion mit Organik und Fe-Ionen!! (FENTON-Reaktion) 43

44 Vergleich Desinfektion / Wirkung Wirkstoff E-Cl 2 ClO 2 ClO 2 H 2 O 2 O 3 Zudosierung kont. kont. Anl.des Anl.des diskont. Konzentration [mg/l] 0,3 0, ,1 Behandlung 70 d 70 d 6 h 4 h 14 d Reduktion [KBE/cm 2 ] 6 log 6 log 6 log 6 log 6 log Reduktion [GZZ/cm 2 ] 2 log 3 log 1 log 1 log 6 log 6 lg= unter Nachweisgrenze (0 KBE/cm 2 ; 7,65x103 GZZ/cm 2 ) Quelle: Gebel et al., 2010; Universität Duisburg Biofilm Centre Prof. Flemming 44

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