Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser
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Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser Forschung & Entwicklung Zentrum für Integrale Gebäudetechnik Stefan Kötzsch Senior Wissenschaftlicher Mitarbeiter T direkt +41 41 349 34 73 [email protected] Horw 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Einleitung» 1 x 1 cm Dichtung Glas + Hahnenwasser Folie 2, 17.03.2017 14 Tage Wartezeit RasterElektronenmikroskop Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser 30x 1 cm 10 mm 10‘000 μm Folie Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser 1‘000x 0,01 cm 0,1 mm 100 μm Folie Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser 0,001 cm 0,01 mm 10 μm Folie 10‘000x Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser 60‘000‘000 Bakterien/cm2 = Einwohnerzahl von Italien Folie Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Einleitung» Gebäudeinstallation Bezugsquelle Verteilung Aufbereitung F. Hammes Folie 7, 17.03.2017 F. Hammes F. Hammes F. Hammes Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Trinkwassermikrobiologie» Normale Bakterienkonzentrationen Wasserphase: 1‘000 – 100‘000 Bakterien/mL Biofilmphase: 10‘000 – 10‘000‘000 Bakterien/cm2 >90 % der Bakterien leben im Biofilm 1 mL Vielfalt der Bakterien Ca. 200 – 10‘000 Arten Der Grossteil der Bakterienarten ist nicht Humanpathogen. Folie 8, 17.03.2017 1 cm2 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Trinkwassermikrobiologie» Aber ... Opportunistische oder potenziell pathogene Mikroorganismen, die in ein Verteilsystem eingetragen werden und/oder aufwachsen können. Bacteria Enterococcus spp. Pseudomonas aeruginosa Legionella spp. Non-tuberculous mycobacteria Acinetobacter baumannii Aeromonas hydrophila ARB* (e.g. Afipia, Bosea, Parachlamydia) E. coli (toxigenic strains) Listeria monocytogenes Staphylococcus aureus Stenotrophomonas maltophili Shigella spp. Vibrio Cholerae Clostridium spp. Fungi Aspergillus fumigatus A. terreus Candida albicans C. parapsilosis Exophiala dermatitidis Protozoa Acanthamoeba T4 Balamuthia mandrillaris Naegleria fowleri Acanthamoeba Vahlkampfia Vannella spp. Vermamoeba vermiformis Giardia spp. Cryptosporidium spp. Ashbolt (2015) Curr Environ Health Rpt. 2(1): 95-106) BAG (2010) Anerkannte Aufbereitungsverfahren für Trinkwasser. BBL, S 08.10 1200 d 400 f 100i 40EXT1011. Folie 9, 17.03.2017 Viruses Mimivirus and Mamavirus of amoebae Norovirus Rotavirus Adenovirus Enterovirus Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Trinkwassermikrobiologie» Wachstum Pro Bakterienzelle beträgt das zum Wachstum benötigte Nährstoffverhältnis ... Kohlenstoff : Stickstoff : Phosphor 100 : 10 : 1 Das Wachstum von Bakterien und damit die Ausbildung von Biofilmen wird in der Regel durch die Verfügbarkeit von assimilierbaren organischen Kohlenstoffverbindungen (AOC) limitiert. Diese Verbindungen werden hauptsächlich von den Oberflächen der verbauten Produkte (Metalle und Kunststoffe) abgegeben (Migration). Aus 1 μg AOC können sich 10 Millionen Bakterien bilden. Hammes, F., Egli, T. (2005). New method for assimilable organic carbon determination using flowcytometric enumeration and a natural microbial consortium as inoculum. Environ. Sci. Technol. 39, 3289-3294. Folie 10, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Trinkwassermikrobiologie» + Pool = 2‘500 m3 Zuckerwürfel = 3 g (= 1,3 g AOC) = 5‘000 Bakterien/mL = 12,5 Billionen Bakterien im Pool (12‘500‘000‘000‘000) Folie 11, 17.03.2017 1 mL Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Trinkwassermikrobiologie» Grundprinzip der biologischen Stabilität Biomasse Nährstoffe Ein natürlicher Verkeimungsschutz ... Folie 12, 17.03.2017 Einwirkungen des Materials Zellen im Biofilm Bildung und Veränderung von Gemeinschaften Migration Substrat (z.B. Kunststoffe) Biofilminhibition (z.B. Kupferleitungen) Protozoa Anhaftung Hydraulische Einflüsse Ablösung Transport Suspendierte Zellen Hydraulische Einflüsse Rückstände Desinfektionsmittel Biofouling Ablösung Sedimente und lose Ablagerungen Biokorrosion (rostfreier Stahl; Beton) (andere (Lebens-)Bedingungen) Folie C. R. Proctor and F. Hammes, Drinking water microbiology – from measurement to management. Curr. Opin. Biotechnol., 2015, 33, 87–94. Biodegradation (Kunststoffe) Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Gebäudeinstallation Bezugsquelle Verteilung Aufbereitung Folie 14, 17.03.2017 Bild: Wikipedia Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Verdichtetes Bauen Wunsch nach mehr Komfort Vielfältige Material- und Produktsituation Verändertes Nutzerverhalten Steigende Lebenserwartung Zunahme der Pflege im häuslichen Umfeld Bild: Wikipedia Vervielfachung der Entnahmestellen Bild: Wikipedia Zunahme der Hygienerelevanz Das Produkt Trinkwasser sollte den Endkonsumenten möglichst in der gleichen Qualität erreichen, wie es produziert wurde. Bild: Keystone Bild: Tagesanzeiger Folie 15, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Gebäudeinstallation Bezugsquelle Verteilung Aufbereitung Hauptverteilung vs. Gebäudeverteilsysteme Gesamtlänge Rohrleitungen Rohrinnenoberflächen 80 % 20 % 25 % 75 % Wasservolumen 1,5 % 98,5 % Committee on Public Water Supply Distribution Systems: Assessing and Reducing Risks, Water Science and Technology Board, Division on Earth, Life Studies, National Research Council, 2006. Drinking Water Distribution Systems: Assessing and Reducing Risks. National Academies Press, ISBN: 978-0-309-10306-0. Folie 16, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Gebäudeinstallation Bezugsquelle Verteilung Aufbereitung Haupteinflussfaktoren für biologische Instabilität Dichtungs- und Rohrmaterial Stagnation Temperaturen (Warm- und Kaltwasser) Rohrdurchmesser (Oberflächen/Volumenverhältnis) Folie 17, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Gebäudeinstallation Bezugsquelle Verteilung Aufbereitung Kritische Bereiche Bauphase und Erstbefüllung Bauliche Verunreinigungen und verschmutztes Wasser Langzeitstagnation Folie 18, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Bauphase und Erstbefüllung Geberit Geberit Geberit Geberit Folie 19, 17.03.2017 Geberit Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Gebäudeinstallation Bezugsquelle Verteilung Aufbereitung Kritische Bereiche Bauphase und Erstbefüllung Folie Installation und Verteilung Bauliche Verunreinigungen und verschmutztes Wasser Steigzonen Langzeitstagnation Stagnation 20, 17.03.2017 Feinverteilung Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Kaltwasser Elektronik und Router Warmwasser Zimmer Warmwasser RL Löschwasser Warmwasser Installation und Verteilung (Versorgungsschächte) Warmwasser Zimmer Kaltwasser Zimmer Kaltwasser Zimmer Fussbodenheizung Folie Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Installation und Verteilung (neues Schachtkonzept) Kalte Zone (Temperatur <25°C) Folie 22, 17.03.2017 Warme Zone (Temperatur ≥25°C) Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Kaltwasser Elektronik und Router Warmwasser Zimmer Warmwasser RL Löschwasser Warmwasser Installation und Verteilung (Versorgungsschächte) Warmwasser Zimmer Kaltwasser Zimmer Kaltwasser Zimmer Fussbodenheizung Folie Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Installation und Verteilung (Feinverteilung) Folie Einzelzuleitung Ringleitung T-Stück-Installation Reihenleitung 24, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Installation und Verteilung (Dusch- und Verbindungsschläuche aus PVC oder EPDM) Biofilm Materialoberfläche 10 μm 2 μm Folie 25, 17.03.2017 Proctor, C., Gächter, M., Kötzsch, S., Rölli, F., Sigrist, R., Walser, J.C., Hammes, F. (2016). Biofilms in shower hoses – choice of pipe material influences bacterial growth and communities. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2, 670-682. Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Installation und Verteilung Materialtest «BioMig» Dusch- und Verbindungsschläuche Kunststoffe Dichtungsmaterialien (z.B. EPDM) Rohrleitungsmaterialien Kunststoffe & Metalle Metalle & Kunststoffe Kötzsch, S., Sigrist, R., Rölli, F., Hammes, F., (2016) „Kunststoffe in Kontakt mit Trinkwasser – Hygienetests im Vergleich“. Aqua & Gas 12:42-52. Wen G., Kötzsch S., Vital M., Egli T., Ma J., (2015). BioMig A Method to Evaluate the Potential Release of Compounds from and the Formation of Biofilms on Polymeric Materials in Contact with Drinking Water. Environ. Sci. Technol., 49:11659–11669. Folie 26, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Wasser (planktonische Phase) Geringer Biofilmbewuchs Geringere Zellzahlen in der Wasserphase (Ablösung & Wachstum) Geringes Risiko für Auftreten von Krankheitserregern Oberfläche (sessile Phase) www.kateballis.com Folie 27, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Wasser (planktonische Phase) Starker Biofilmbewuchs Erhöhte Zellzahlen in der Wasserphase (Ablösung & Wachstum) Erhöhtes Risiko für Auftreten von Krankheitserregern Oberfläche (sessile Phase) klikekadri.blogspot.ch Folie 28, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Bauherr/Bauvorhaben Installationsänderung Architekt/GU Sanitär‐Vorprojekt Installationsalterung Saisonale Nutzung Ausschreibung/Offerte Ferienabwesenheit Ausführungsplanung Seltene Nutzung Installationsbewilligung Wohnungsbezug Leerbestand Bauübergabe Trinkwasser Hygiene IBS, Spülung Fertigmontage Druckprüfung Installation Kellerverteilung Installation Energiezentrale 29, 17.03.2017 Produkteherstellung Materiallieferung Materiallagerung Installationskontrolle Folie Bauablaufplanung Produkte‐ u. Materialwahl Rahmen‐Vorfabrikation Druckprüfung Installation Stockwerk Druckprüfung Schweizerischer Verein des Gas‐ und Wasserfaches SVGW Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Bauherr/Bauvorhaben Installationsänderung Architekt/GU Sanitär‐Vorprojekt Installationsalterung Saisonale Nutzung Ausschreibung/Offerte Ferienabwesenheit Ausführungsplanung Seltene Nutzung Installationsbewilligung Wohnungsbezug Leerbestand Bauübergabe Der Eigentümer wird zum Trinkwasserversorger IBS, Spülung Fertigmontage Druckprüfung Installation Kellerverteilung Installation Energiezentrale 30, 17.03.2017 Produkteherstellung Materiallieferung Materiallagerung Installationskontrolle Folie Bauablaufplanung Produkte‐ u. Materialwahl Rahmen‐Vorfabrikation Druckprüfung Installation Stockwerk Druckprüfung Schweizerischer Verein des Gas‐ und Wasserfaches SVGW Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Die letzten Meter» Gebäudeinstallation Bezugsquelle Verteilung Aufbereitung Mikrobiologische Kontrollen Mikrobiologische Kontrollen Der Wissenstand zur hygienischen Situation in Gebäudeinstallationen in der Schweiz ist ausbaufähig. Folie 31, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Akzeptanz & Verständnis der ökologischen Grundsätze» Viele unterschiedliche Bakterien leben im Trinkwasser Der Grossteil dieser Bakterien ist für den Menschen ungefährlich und nützlich Wasser- und Biofilmphase beeinflussen sich kontinuierlich Das Wachstum von Bakterien basiert meist auf dem Vorhandensein von abbaubaren organischen Kohlenstoffverbindungen Wird ein Gleichgewicht zwischen Bakterien und Nährstoffen erzeugt, spricht man von biologischer Stabilität - ein natürlicher Verkeimungsschutz Folie 32, 17.03.2017 Mikrobiologische Stabilität im Trinkwasser «Optimierung im Bereich Gebäudeinstallation» Zertifizierung von Produkten die in Kontakt mit Trinkwasser kommen vereinheitlichen und Verbesserung der Hygieneprüfverfahren Schulungen mit Hygienerelevanz für Architekten, Planer, Installateure und Eigentümer Akzeptanz alternativer Verteilsysteme in Gebäuden Spezifische Lösungen in Abhängigkeit der Gebäudegrösse und -nutzung (z.B. Büro, Wohnen, Hospitäler, Hotels) Optimierung Temperatursituation in Gebäuden (Kalt- und Warmwasser) Optimierung der Bauabläufe, Erstbefüllung, Inbetriebnahme Ausweitung der Installationskontrolle / Abnahme Mikrobiologische Kontrollen bei der Übergabe Folie 33, 17.03.2017 „Bakterien? Kleinigkeiten!” Stanislaw Jerzy Lec Folie F. Hammes
