Universitätsmedizin Göttingen Dr.med. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.(FH) Ulrich F. Schmelz Trinkwasser- und Hygienelabor der UMG Christian Steinmetz Betriebsleiter Facilities Management, UMG facilities GmbH Dr. Ulrich Schmelz, UMG, Robert-Koch-Str. 34, 37075 Göttingen Water Shield Bastionweg 33 NL 1383 JB, Weesp The Netherlands UMG facilities GmbH Technische Hygiene Robert-Koch-Str. 34 D-37075 Göttingen Dr. med. Ulrich Schmelz Tel.: 01 75 / 9150334 E-Mail: Ullischmelz@aol.com Christian Steinmetz Telefon: 05 51 / 39-7969 11. April 2014 Prüfbericht Bestimmung der Adsorptionskapazität von Keramik-Filtermodulen, Artikel-Code: WS10042CH, WaterShield W.P.M Brouwer, NL-1383 JB Weesp, bezüglich mikrobiologischer und chemischer Parameter (Schwermetalle, organische Kontaminanten) unter maximaler Belastung, sowie im praxisnahen Anwendungsversuch 1. Einführung: Die Absorptionsleistung von Keramik-Filtermodulen Nr. WS10042CH der Firma Water Shield wird im Rahmen dieser Untersuchung bezüglich mikrobiologischer und chemischer Parameter bestimmt. Die untersuchten Keramik-Filtermodule werden für verschiedene Zwecke der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt, unter anderem als endständige Filter in Wasseraufbereitungsanlagen und als Handbrausen. Weltweit besteht praktisch in jedem Land eine Trinkwassergesetzgebung, die Grenzwerte definiert. Werden diese Grenzwerte für bestimmte mikrobiologische und chemische Parameter nicht überschritten, gilt das Wasser als unbedenklich und als genusstauglich. Jedoch kann die Zusammensetzung des Trinkwassers bei Stagnation z.b. in Versorgungsleitungen oder in der Hausinstallationen nachteilig beeinflusst werden. Es kommt zu einer Vermehrung von Mikroorganismen, gleichzeitig können aus metallenen Werkstoffen Schwermetalle mobilisiert werden. Weiterhin bestehen zu bestimmten chemischen Kontaminationen, wie z.b. hormonaktiven Substanzen (Ovulationshemmer), oftmals keine Grenzwerte (so auch in der BRD). Daher soll als Kernfragestellung die Reduktion der nachteiligen Kontaminationen in Trinkwasser geprüft werden.
Hierzu werden zwei Tests durchgeführt: Belastungstest mit hoher mikrobiologischer und chemischer Belastung Praxisnaher Anwendungsversuch mit realem Konzentrationslevel mikrobiologischer und chemischer Belastungen 1.1 Belastungstest mit hoher mikrobiologischer und chemischer Belastung: Belastung der Filtermodule durch Spülung der Filtermodule mit 100L einer Suspension, die folgende Parameter enthält: Legionella pneumophila 10 5 KbE/mL 10 10 KbE gesamt Kupfer 25 mg/l 2500 mg gesamt Mangan 25 mg/l 2500 mg gesamt Eisen 25 mg/l 2500 mg gesamt Chrom 25 mg/l 2500 mg gesamt Quecksilber 25 mg/l 2500 mg gesamt Cadmium 25 mg/l 2500 mg gesamt Nickel 25 mg/l 2500 mg gesamt Blei 25 mg/l 2500 mg gesamt Arsen 25 mg/l 2500 mg gesamt Zink 25 mg/l 2500 mg gesamt Die Keimzahl bezüglich Legionella pneumophila und die Konzentration der Schwermetallionen wird im Filtrat nach 50L und nach 100L Spülvolumen bestimmt. Parallel wird der Differenzdruck über das Filtermodul nach 50 und 100L Spülvolumen bestimmt. Bezüglich Legionella pneumophila wird der logarithmische Reduktionsfaktor berechnet. Im Hinblick auf die Schwermetalle erfolgt die Bestimmung der prozentualen Konzentrationsabnahme durch die Filtermatrix. 1.2 Praxisnaher Anwendungsversuch: Das Keramik-Filtermodul wird mit einer Suspension folgender mikrobiologischer und chemischer Parameter gespült: 1.2.1 Chemische Parameter, Anorganik Chlor 4,1 mg/l Chlordioxid 1,5 mg/l Aluminium 2,0 mg/l Blei 0,5 mg/l Eisen 1,0 mg/l Nitrit 1,0 mg/l Nitrat 8,0 mg/l Bromat 0,5 mg/l Calcium 98,0 mg/l Magnesium 72,0 mg/l Fluorid 0,5 mg/l 2
1.2.2 Chemische Parameter, Organik MCPA 0,6 µg/l Mecoprop 0,5 µg/l Benzol 3,0 µg/l 1,2-Dichlorethan 15,0 µg/l Trichlorethen 25,0 µg/l Bisphenol-A 50,0 ng/l Estradiol 1,0 ng/l 1.2.3 Mikrobiologische Parameter: Cryptosporidium spp., Oocysten 18 Oocysten / L (=200 Oocysten / 11L) Giardia lamblia 18 Oocysten / L (=200 Oocysten / 11L) Legionella pneumophila 810 KbE/100mL Escherichia coli 50000 KbE/100mL Es werden 100L, 10000L und 15000L dieser Suspension durch das Keramik- Filtermodul gespült. Die genannten Parameter werden im Filtrat nach den drei Volumenstufen bestimmt. Auf diese Weise kann die Reduktionsleistung der Filtermodule in Konzentrationsbereichen von Rohwasser, bzw. kontaminierten Trinkwasser erfasst werden. Gleichzeitig kann geprüft werden, ob ein Durchbrechen des Filters unter praxisnahen Anwendungsbedingungen erfolgt. 2. Methodik: 2.1 Herstellung der Standardlösungen, mikrobiologische Parameter: Mikrobiologische Suspensionen von Legionella pneumophila und E.coli werden ausgehend von Reinkulturen durch Abschwemmung und weitere Anreicherung in Trypton-Soja-Bouillon gewonnen. Ausgang für die jeweilige Reinkultur ist eine gefriergetrocknete Referenzkultur der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ), Braunschweig. Für die Kultivierung von Legionella pneumophila wird der vorgenannten Anreicherungsbouillon noch Hefeextrakt, Aktivkohle und GVPC- Hemmstoffcocktail zugesetzt. Die Suspension von E.coli kann direkt verwendet werden, bei Legionella pneumophila wird die Aktivkohle vor der Verwendung durch Dekantieren abgetrennt. Cryptosporidien und Giardia lamblia (eucaryontische Mikroorganismen) werden vom veterinärmedizinischen Institut in Zellkultur-Suspension bezogen. Die Kultur-Bouillons werden soweit kultiviert, bis die finale Anwendungs-Suspension nach entsprechender Verdünnung (auf 100L, bzw. für die Verwendung von 15m³) die unter Punkt 1 dargestellten Keimzahlen näherungsweise erreicht. 2.2 Herstellung der Standardlösungen, chemische Parameter: Die unter Punkt 1 spezifizierten anorganisch-chemischen Parameter werden durch stöchiometrische Berechnung aus den jeweiligen Salzen durch Auflösen in einem 3
definierten Wasservolumen und Verdünnung auf die Sollkonzentration der Anwendungslösungen erhalten. Organische Parameter werden als fertig konfektionierte Standardlösungen mit 1000 mg/l je Substanz beschafft. Daraus wird die Verdünnung auf die finale Massenkonzentration des jeweiligen Tests (1.1 und 1.2) erzeugt. 2.3 Durchführung des Adsorptionsversuches: Die Prüfung der Adsorptionsleistung erfolgt analog DIN 58356. Folgende Prüfapparatur (Prüfanordnung) wird verwendet: Hierin sind: 1 Absperrarmatur (¾ ) 2 Kontrollfilter 3 Druckmeßgerät 4 Integritätsmeßgerät 5 Kerzenfiltergehäuse mit Filterprüflingen 6 Druchflußmeßgerät 7 Regelarmatur 8 Sterilfiltereinheit 9 Diffusionsmessung 10 Prüfsuspension Quelle: DIN 58356, Bild 1 - Prüfanordnung 4
Hinweis: In der Untersuchung wird auf das Kontrollfilter verzichtet. Das Filtrat des zu prüfenden Filters (5) wird zu Beginn der Prüfung, während der Prüfung und am Ende der Prüfung aufgefangen und bezüglich der jeweils festgelegten Parameter untersucht. Hierdurch kann festgestellt werden, ob die Retentionsleistung sowohl zu Beginn, als auch am Ende der Prüfung identisch sind. Ein Durchbrechen des Filters unter Prüfbedingungen wird unter diesen Bedingungen ebenfalls indiziert. Aus der Initialkonzentration und der Konzentration der jeweiligen Parameter im Filtrat nach Erreichen des festgelegten Sollvolumens wird die prozentuale Reduktion der chemischen Parameter, bzw. der logarithmische Reduktionsfaktor der mikrobiologischen Parameter bestimmt. 3. Ergebnisse: Filter: Keramik-Module Art. Code: WS10042CH 3.1 Ergebnisse Belastungstest mit hoher mikrobiol. und chem. Belastung: Parameter Konz. initial Konz. nach 50L % Red. 100 Konz. nach100l % Red. 100L Legionella 3,2*10 5 /ml <1,0*10 0 /ml 100% <1,0*10 0 /ml 100% Cu 25 mg/l 0,012 mg/l 99,95 % 0,010 mg/l 99,96 % Mn 25 mg/l 0,083 mg/l 99,67 % 0,079 mg/l 99,68 % Fe 25 mg/l 0,108 mg/l 99,57 % 0,104 mg/l 99,58 % Cr 25 mg/l 0,054 mg/l 99,78 % 0,053 mg/l 99,79 % Hg 25 mg/l 0,183 mg/l 99,27 % 0,172 mg/l 99,31 % Cd 25 mg/l 0,098 mg/l 99,61 % 0,090 mg/l 99,64 % Ni 25 mg/l 0,072 mg/l 99,71 % 0,064 mg/l 99,74 % Pb 25 mg/l 0,109 mg/l 99,56 % 0,110 mg/l 99,56 % As 25 mg/l 0,051 mg/l 99,80 % 0,040 mg/l 99,84 % Zn 25 mg/l 0,118 mg/l 99,53 % 0,095 mg/l 99,62 % Anmerkung: Legionella wurde im Filtrat nach 50L und 100L nicht nachgewiesen. Die gesamte mikrobiologische Last nach 100L beträgt 3,2*10 10 /ml. Unter diesen Bedingungen wurde kein Durchbrechen beobachtet, der geprüfte Filtertyp erreicht daher eine Reduktionsleistung von >3,2*10 10 KbE gesamt, das entspricht >10 log- Stufen. Parallel wurde im Vorfeld geprüft, ob eine Schwermetallkonzentration von 25mg/L je Schwermetall bei 10 verschiedenen Metallsalzen Legionella nachteiligt beeinflusst. Es wurde bestätigt, dass die vorhandene Schwermetallkonzentration keine nachteilige Auswirkung auf Legionella pneumophila über 10 Tage ausübt. Daher war eine Prüfung unter paralleler Dotierung der Suspension mit Legionella pneumophila und 10 Schwermetallsalzen je 25mg/L möglich. 5
3.2 Ergebnisse des praxisnahen Anwendungsversuches: 3.2.1 Ergebnisse chemische Parameter, Anorganik: Param. Konz. initial Konz. 100L % Konz 10000L % Konz. 15000L % Cl 2 4,1 mg/l 0,230 mg/l 94,39 % 0,024 mg/l 99,41 % 0,020 mg/l 99,51 % ClO 2 1,5 mg/l 0,040 mg/l 97,33 % 0,034 mg/l 97,73 % 0,038 mg/l 97,47 % Al 2,0 mg/l 0,010 mg/l 99,50 % 0,013 mg/l 99,35 % 0,010 mg/l 99,50 % Pb 0,5 mg/l 0,006 mg/l 98,80 % 0,008 mg/l 98,40 % 0,009 mg/l 98,20 % Fe 1,0 mg/l 0,008 mg/l 99,20 % 0,006 mg/l 99,40 % 0,006 mg/l 99,40 % - NO 2 - NO 3 1,0 mg/l 0,014 mg/l 98,60 % 0,010 mg/l 99,00 % 0,015 mg/l 98,50 % 8,0 mg/l 0,021 mg/l 99,74 % 0,019 mg/l 99,76 % 0,018 mg/l 99,78 % - BrO 3 0,5 mg/l 0,008 mg/l 98,40 % 0,011 mg/l 97,80 % 0,013 mg/l 97,40 % Ca 98,0 mg/l 52,400 mg/l 46,53 % 54,600 mg/l 44,29 % 55,100 mg/l 43,78 % Mg 72,0 mg/l 44,900 mg/l 37,64 % 46,300 mg/l 35,69 % 46,900 mg/l 34,86 % F - 0,5 mg/l 0,010 mg/l 98,00 % 0,011 mg/l 97,80 % 0,015 mg/l 97,00 % 3.2.2 Ergebnisse chemische Parameter, Organik: Param. Konz. initial Konz. 100L % Konz 10000L % Konz. 15000L % MCPA 0,6 µg/l 0,100 µg/l 83,33 % 0,024 µg/l 96,00 % 0,020 µg/l 96,67 % Mecoprop 0,5 µg/l 0,012 µg/l 97,60 % 0,034 µg/l 93,20 % 0,038 µg/l 92,40 % Benzol 3,0 µg/l 0,190 µg/l 93,67 % 0,013 µg/l 99,57 % 0,010 µg/l 99,67 % Dichloreth 15,0 µg/l 0,098 µg/l 99,35 % 0,008 µg/l 99,95 % 0,009 µg/l 99,94 % Trichloreth 25,0 µg/l 0,130 µg/l 99,48 % 0,006 µg/l 99,98 % 0,006 µg/l 99,98 % Bisphen.A 50,0 ng/l 1,300 ng/l 97,40 % 0,010 ng/l 99,98 % 0,015 ng/l 99,97 % Estradiol 1,0 ng/l 0,230 ng/l 77,00 % 0,019 ng/l 98,10 % 0,018 ng/l 98,20 % 3.2.3 Ergebnisse mikrobiologische Parameter: Initial: Nach 15000L Cryptosporidium spp., 22 Oocysten / L 0 (< 3,3*10 5 KbE) Giardia lamblia 25 Oocysten / L 0 (< 3,8*10 5 KbE) Legionella pneumophila 890 KbE/100mL 0 (< 1,3*10 9 KbE) Escherichia coli 60000 KbE/100mL 0 (< 9,0*10 9 KbE) Analog zum Ergebnis des direkten Belastungsversuches wurde auch unter praxisnahen Prüfbedingungen kein Durchbrechen des geprüften Filters festgestellt. Drucklagen: Vordruck p = 4,0 bar Filtrat nach 100L p = 3,8 bar Filtrat nach 10000L p = 3,2 bar Filtrat nach 15000L p = 2,6 bar 6
4. Bewertung und Zusammenfassung: Insgesamt betrachtet, wurde im Hinblick auf den Belastungstest mit hoher mikrobiologischer und chemischer Last (vgl. 2.1) kein Durchbrechen bezüglich Legionella pneumophila, sowie eine Reduktionsleistung gegenüber 10 Schwermetallen von > 99% festgestellt (vgl. 3.1). Die Belastung wurde durch 3,2*10 10 KbE Legionella pneumophila und 2500mg je geprüftem Schwermetall repräsentiert. Insgesamt wurden die Metalle Cu, Mn, Fe, Cr, Hg, Cd, Ni, Pb, As und Zn in Form ihrer Ionen in wässriger Lösung geprüft. In dieser Testkonstellation zeigt der Filter eine Sterilfiltration. Die Schwermetalle werden um > 2 Zehnerpotenzen (> 99%) abgesenkt. Die Ergebnisse des Tests weisen das Filter unter massiver mikrobiologischer und chemischer Belastung als adäquat und sicher aus. Die Untersuchungen im praxisnahen Anwendungsversuch nach Durchspülen mit 15000 Liter mäßig kontaminierten Wassers (vgl. 2.2) ergaben vergleichbare Befunde. Im Hinblick auf die geprüften Mikroorganismen Cryptosporidium spp., Giardia lamblia, Legionella pneumophila und Escherichia coli wurde nach 15000L Spülvolumen kein Durchbrechen festgestellt (vgl. 3.2). Nach 15000L Spülvolumen durch mäßig kontaminiertes Wasser wurde die Adsorptionsleistung für Schwermetalle mit > 98% festgestellt. Chlor wurde um ca. 94%; Chlordioxid um ca. 97% und Bromat wurde um ca. 98% nach 15000L Spülvolumen eliminiert. Nach dem gleichen Spülvolumen wurden weitere anorganische Salze (Nitrat, Nitrit) um > 98% durch das Filter adsorbiert. Fluorid wird ebenfalls um ca. 98% eliminiert. Eine Abnahme der Härtebildner im Filtrat gegenüber der Spülflüssigkeit wurde im Hinblick auf Calcium um ca. 50% und im Hinblick auf Magnesium um ca. 30% festgestellt. Weiterhin werden Pflanzenschutzmittel und Biozidprodukte um > 83% durch das Filter adsorbiert. Die Eliminierung halogenorganischer Substanzen erfolgt um > 99%. Hormonaktive Substanzen am Beispiel des Estradiols werden um > 77% eliminiert. Die Testkonstellation unter praxisnahen Anwendungsbedingungen zeigt eine vollständige Eliminierung der geprüften Mikroorganismen, sowie eine Eliminierung von Pflanzenschutzmitteln, Biozidprodukten, oxidativen Desinfektionsmitteln, Fluorid und Estradiol in einem für eine adäquate Risikoabsenkung geeignetem Maß. Auch unter dieser Testkonstellation ist das Adsorptionsverhalten der Filter sicher. Insgesamt betrachtet, zeigen die geprüften Filtermodule ein sicheres Adsorptionsverhalten bezüglich bakterieller und eucaryontischer Mikroorganismen. Die Filter erreichen unter den geprüften Bedingungen eine Sterilfiltration und zeigen ein adäquates Adsorptionsverhalten gegenüber anorgansichen und organischen chemischen Parametern. 7
Die Filter sind geeignet, eine Risikoabsenkung gegenüber trinkwasservermittelten Infektionen und -Intoxikationen über ein Durchströmvolumen von 15000L zu gewährleisten. Die Standzeit der Filter nach Installation kann demnach nicht in einem Zeitintervall angegeben werden, sondern ist abhängig vom durchströmten Volumen. Die Auswertung der mikrobiologischen Prüfung der Filtermodule ergab keinen Hinweis auf eine Durchwanderung oder ein Durchwachsen der Filtermatrix. Daher ist die Standzeit für die geprüften Filtermodule als Funktion des durchströmten Volumens zu betrachten. Die mikrobiologische und chemische Untersuchung ergab ferner keinen Hinweis auf eine nachteilige Beeinflussung des filtrierten Trinkwassers durch Komponenten des Filters und der Filtermatrix. Unter Berücksichtigung sämtlicher Untersuchungsergebnisse sprechen wir dem geprüften Filtermodul ein positives Votum für die Anwendung im Trinkwasserbereich, sowie im Medizinproduktebereich aus. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen weisen aus, dass von dem untersuchten Produkt keine Gefährdung ausgeht. Die Aussagen bezüglich einer infektiologischen und toxikologischen Risikoabsenkung im filtrierten Trinkwasser werden über ein Betriebsvolumen von 15000L bestätigt. Wir sprechen ein positives Votum für eine CE- Kennzeichnung entsprechend 93/42/CEE aus. Die CE-Konformitätserklärung ist über eine Bestellte Stelle durchzuführen. Anmerkung: Der geprüfte Filter war in Produkt WS10042CH verbaut. Identische Hohlkapillarfilter sind in den Produkten WS10031WH; WS10032WH; WS10033WH; WS10034WH; WS10041CH; WS10042CH; WS10043CH und WS10044CH der Firma Water Shield vorhanden. Dieser Prüfbericht gilt daher in gleicher Weise für die vorgenannten Filteranwendungen. Bei Rückfragen erreichen Sie den Ausführenden unter 0049-175-9150334. Mit freundlichen Grüßen Dr.med. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.(FH) Ulrich F. Schmelz privatärztlicher Gutachter 8
Ergänzungsbericht zum vorstehenden Gutachten vom 11.04.14: Prüfung der Barrierewirkung der Keramikfilter WS10042CH unter Einfluß mikrobiologischer Aktivität Hinweis: Identische Keramikfilter sind in den Produkten WS10031WH; WS10032WH; WS10033WH; WS10034WH; WS10041CH; WS10042CH; WS10043CH und WS10044CH der Firma Water Shield vorhanden. In gleicher Weise gelten die Ergebnisse für die vorgenannten Filteranwendungen. Fragestellung: Ein bekanntes Phänomen in der Filtertechnologie ist die Durchwachsung von Filtern bei mikrobiologischer Aktivität. Diese kann zu einem Durchbrechen der Barrierewirkung führen. Daher soll im Rahmen dieser Betrachtungen das Durchbrechen der Barrierewirkung der oben genannten Filter gegenüber mikrobiologischer Aktivität bestimmt werden. Methodik: Um die Resistenz der Filter gegen mikrobiologisches Durchwachsen zu bestimmen, wurden drei Filtermuster vom Typ WS10002HW mit 10 Liter Trypton-Soja-Bouillon gespült. Die Trypton-Soja-Bouillon war mit je 10 3 KbE/mL Escherichia coli und Legionella pneumophila angereichert. Die Filter wurden, da 10 Liter dieser Anreicherung verwendet wurden, mit 10 7 KbE E.coli und Legionella pneumophila beladen. Die Nährbouillon stellt organische C- und N- Quellen zur Verfügung. Die auf diese Weise beladenen Filter wurden über 7 Tage bei 36 C im Brutschrank inkubiert. Nach dieser Zeit wurden die Filter mit 1 Liter Peptonwasser gespült, das Filtrat wurde aufgefangen und bezüglich E.coli und Legionella pneumophila untersucht. Die Filter wurden mit 2 Liter Peptonwasser rückgespült, die Rückspülflüssigkeit wurde aufgefangen und die Keimzahl bezüglich E.coli und Legionella pneumophila bestimmt. Ergebnisse: Ausgangskeimzahl: Escherichia coli: Legionella pneumophila: 3,5 * 10 3 KbE/mL 6,8 * 10 3 KbE/mL 9
Filtrat - Keimzahl nach 7 Tagen Inkubation: Escherichia coli: Legionella pneumophila: < 1,0 * 10 0 KbE/mL < 1,0 * 10 0 KbE/mL Rückspülwasser - Keimzahl nach 7 Tagen Inkubation: Escherichia coli: Legionella pneumophila: 8,7 * 10 6 KbE/mL 7,5 * 10 5 KbE/mL Bewertung und Zusammenfassung: Es wurde nachgewiesen, daß nach Anreicherung auf 10 7 KbE im Filter und 7 Tagen Stagnation des Wassers (in Form von Trypton-Soja-Bouillon als Substrat) kein Durchwachsen der geprüften Filter auftritt. Die Keimzahl im Filter steigt unter Versuchsbedingungen im Hinblick auf beide Testkeime an. Insgesamt betrachtet, wird die Bedingung der Sterilfiltration auch unter Anreicherungsbedingungen von Mikroorganismen im geprüften Filter erreicht. Bei Rückfragen erreichen Sie den Ausführenden unter 0049-175-9150334. Mit freundlichen Grüßen Dr.med. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.(FH) Ulrich F. Schmelz privatärztlicher Gutachter 10