Trinkwasseranalytik - mikrobiologische Parameter:

Trinkwasseranalytik - mikrobiologische Parameter:
"Trinkwasser ist das wichtigste Lebensmittel. Es kann nicht ersetzt werden." (Auszug DIN
2000)
"Dem Schutz des Trinkwassers nach Güte und Menge gegenüber konkurrierenden Interessen
gebührt der Vorrang. Grund-, Quell- und Oberflächenwasser, das der Trinkwasserversorgung
dient, muss daher zum Wohle der Allgemeinheit in bestmöglicher Weise vor Verunreinigung
und vor Beeinträchtigung der Ergiebigkeit geschützt werden." (Auszug DIN 2000)
Im Zuge einer routinemäßigen Trinkwasseruntersuchung werden i.d.R. folgende
mikrobiologischen Parameter untersucht: Gesamtkeimzahl bei 22°C und 37°C, Escherichia
coli, coliforme Keime, Enterokokken, Pseudomonas aeruginosa und Clostridium perfringens.
Doch weshalb werden genau diese Parameter untersucht? Und was kann aus den Resultaten
der Untersuchung abgelesen werden?
Gesamtkoloniezahl bei 22°C und 37°C:
Die Gesamtkoloniezahl, sprich die Anzahl der koloniebildenden Einheiten (KBE,
kolonieausbildende Bakterien), welche sich in einem Milliliter Wasser befinden und kultiviert
werden können, sollte den Wert von 100/mL nicht überschreiten. Dieser Richtwert geht auf
Robert Koch zurück: "Wenn ein Filterwerk in jeder Beziehung zufriedenstellend arbeitet,
dann finden sich erfahrungsgemäß in filtriertem Wasser weniger als 100 entwicklungsfähige
Keime auf 1 cm³". Er stellte anlässlich eines Vergleiches während einer Choleraepidemie fest,
dass immer, wenn die Koloniezahl unter 100/mL lag, es zu keiner Epidemie kam.
Die Gesamtkoloniezahl wird bei 22°C und 37°C untersucht, damit psychrophile (ca. 0-28°C,
Boden- und Wassertemperatur) sowie mesophile Bakterien (ca. 18-45°C, u.a. Darmbakterien)
durch die Methodik erfasst werden können. Die Koloniezahl im Wasser kann
erfahrungsgemäß schwanken (Feuerpfeil et al., 2008).
Die Analytik aller möglicher pathogener Keime wäre im Falle einer Trinkwasseruntersuchung
zu umfangreich. Zu diesem Zweck werden bei einer Trinkwasseruntersuchung nur
ausgewählte Indikatorkeime untersucht, welche auf fäkale Verunreinigungen hinweisen
(Auckenthaler et al., 2003).
Escherichia coli:
Escherichia coli ist i.d.R. ein völlig harmloser Bewohner des Darms von warmblütigen Tieren
und Menschen. Nur einige Stämme können unter gewissen Bedingungen durchfallartige
Erkrankungen hervorrufen. Im Darm können aber auch eine Reihe von pathogenen
(krankheitsauslösenden) Keimen vorkommen, welche gemeinsam mit Escherichia coli
ausgeschieden werden (Schlegel, 1992; Höll, 1986).
Um nicht für jeden Erreger ein eigenes Verfahren anwenden zu müssen, wird Escherichia coli
als Indikator verwendet. Täglich scheidet der Mensch ca. 50 Trillionen Bakterien aus, wovon
etwa 1 Trillion Escherichia coli sind. Somit liegt die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, eine
eventuelle Belastung des Trinkwassers durch pathogene Keime durch die Analytik von
Escherichia coli zu erkennen (Klee, 1990).
Coliforme Keime:
Escherichia coli sowie andere Enterobacteriaceae gehört zur Gruppe der coliformen Keime.
Der Nachweis von coliformen Keimen kann sowohl auf eine fäkale, als auch auf eine nichtfäkale Verunreinigung hinweisen. Coliforme Keime vermehren sich dabei nicht im
Trinkwasserrohrnetz. Sie können im Trinkwasserverteilungssystem nur ca. 1 bis 2 Wochen
überleben. Somit kann davon ausgegangen werden, dass bei einem Nachweis von coliformen
Keimen diese kürzlich von außen eingetragen wurden (Schlegel, 1992; Hütter, 1994).
Enterokokken:
Enterokokken sind Fäkalstreptokokken, welche ebenfalls als Fäkalindikatoren dienen. Da sie
aber resistenter gegenüber Umwelteinflüssen sind, weisen sie auf länger zurückliegende
Verunreinigungen hin (Schlegel, 1992; Hütter, 1994).
Wie man an der Umweltresistenz dieser Fäkalindikatoren unschwer erkennen kann, handelt es
sich bei mikrobiologischen Trinkwasseruntersuchungen zumeist um Momentaufnahmen. Die
mikrobiologische Zusammensetzung kann sich binnen weniger Tage/Wochen nach einer
Verunreinigung schon weitgehend verändern.
Pseudomonas aeruginosa:
Pseudomonas aeruginosa ist aufgrund seiner Anspruchslosigkeit ein in der Umwelt
allgegenwärtig (ubiquitär) vorkommender Mikroorganismus. Mit P. aeruginosa infizierte
Lebens mittel können jedoch zu Diarrhoe, Lungenentzündung, Meningitis, Hautinfektionen
etc. führen.
P. aeruginosa kann sich auch noch bei niederen Temperaturen sowie unter leichtem
Nährstoffmangel vermehren. In Trinkwasserversorgungsanlagen kann es hauptsächlich in
Filteranlagen (gr. vorhandene Aufwuchsfläche, Ansammlung von Partikeln und somit von
Nährstoffen) und Speicherbehältnissen (lange Aufenthaltsdauer) zur Vermehrung von P.
aeruginosa kommen.
Da P. aeruginosa ubiquitär vorkommt, kann dieser pathogene Keim durch die Untersuchung
auf die zuvor erwähnten fäkalen Indikatorkeime nicht erfasst werden (keine Korrelation).
Daher ist die getrennte Bestimmung von P. aeruginosa für die hygienische Beurteilung
größerer Anlagen wichtig.
Neben P. aeruginosa ist auch noch P. fluorescens erwähnenswert. P. fluorescens kann
ebenfalls sehr häufig aus verunreinigten Wasserproben isoliert werden (Schlegel, 1992; Höll,
1986).
Clostridium perfringens:
Clostridien sind anaerobe sporenbildende Mikroorganismen, welche u.a. In Sedimenten von
Seen, in Böden etc. vorkommen. Durch die Entwicklung von Sporen bei Hitze, Austrockung
und anderen Umwelteinflüssen sind sie sehr resistent. Bei günstigen Umgebungsbedingungen
werden aus den Sporen vegetative Formen, welche sich wieder vermehren können.
Clostridium perfringens kann in Wunden zu einer Gasbrandinfektion und bei Verzehr
belasteter Lebensmittel zu einer Vergiftung führen. Das unmittelbare Trinken von Wasser mit
geringen Mengen an C. perfringens führt i.d.R. zu keinen Krankheitserscheinungen. Wird das
Wasser jedoch zur Herstellung von Lebensmitteln verwendet, überstehen diese Keime das
Abkochen (Sporenbildung). Werden diese Lebensmittel nach dem Abkochen eingelagert, so
können die Keime anschließend vegetative Formen ausbilden und sich im Lebensmittel
vermehren (z.B. Marmelade, Säuglingsnahrung). Werden diese Lebensmittel verzehrt, so
werden die Zellen im Magen zerstört, wodurch ein von C. perfringens produziertes Toxin
(Gift) freigesetzt wird (Hütter, 1994; Höll, 1986).
Keimreduzierung bei der Trinkwasseraufbereitung:
Oftmals kann bereits eine grundsätzliche Sanierung des Wasservorkommens durch die
Errichtung eines Trinkwasserschutzgebietes zu einer Reduktion der Keimzahl führen. Wenn
jedoch abzusehen ist, dass diese Maßnahme zu keiner ausreichenden Reduktion führen würde
(z.B. Aufenthaltsdauer im Untergrund zu gering - 60-Tages-Grenze nicht erfüllt), können u.a.
folgende Desinfektionsverfahren zur Keimreduktion angewandt werden (Gelzhäuser et al.,
1985):
Chlorung:
Pro: Kann sowohl punktuell (einmalig) als auch dauerhaft im ganzen System eingesetzt
werden, geringe Gefahr der Wiederverkeimung
Contra: Beeinträchtigung von Geschmack, Geruch und chemischer Zusammensetzung des
Wassers
Wirkungsweise: Desinfektion durch Oxidation
Bedingung: Chlorzehrung durch andere Wasserinhaltsstoffe gering, ansonsten erhöhte
Chlordosierung notwendig
UV-Desinfektion:
Pro: Keine Beeinträchtigung von Geschmack, Geruch und chemischer Zusammensetzung des
Wassers, Effektivität mit chemischer Desinfektion dennoch vergleichbar
Contra: Keine Langzeitwirkung (Depotwirkung), daher Möglichkeit der Wiederverkeimung
Wirkungsweise: Inaktivierung der Replikationsmechanismen der Mikroorganismen durch
UV-C Strahlung
Bedingung: Rohwasser muss klar sein
Ozonung:
Pro: Keine Beeinträchtigung von Geschmack und Geruch
Contra: Gesundheitlich bedenkliche Reaktionsprodukte
Wirkungsweise: Desinfektion durch Oxidierung
Trinkwasseranalytik - chemisch-physikalische Parameter:
Die nachfolgenden chemisch-physikalischen Parameter werden im Zuge einer routinemäßigen
Kontrolle untersucht. Bei Verdacht sind die Proben auf weitere Inhaltsstoffe zu überprüfen
(z.B. Arsengehalt bei geogen bedingtem Vorkommen).
Sensorische Parameter:
“Trinkwasser ist Wasser, das [...] geruchlich, geschmacklich und dem Aussehen nach
einwandfrei ist.” Aus diesem Grund sind bei Trinkwasserprobenahmen die sensorischen
Parameter Geruch, Färbung, Trübung und Geschmack durch den Probenehmer zu überprüfen.
Diese sollten für den Verbraucher annehmbar und ohne anormale Veränderungen sein
(Österreichisches Lebensmittelbuch).
Temperatur:
Die Wassertemperatur sollte gemäß TWVo nicht über 25°C liegen. Grund- und Quellwasser
weist meist Temperaturen zw. 7 - 10°C auf. Starke Temperaturschwankungen bzw. erhöhte
Wassertemperaturen können ein Hinweis auf Zuflüsse von Oberflächenwasser sein. Zudem
steigt die mikrobiologische Aktivität bei steigenden Wassertemperaturen. Daher können
Temperaturen über 10°C bereits Hinweise für den Zufluss von Oberflächenwasser bzw.
erhöhte Keimzahlen sein (Klee, 1990; Bundesrecht; Hütter, 1994).
pH:
Liegt der pH-Wert zwischen 6,5 und 9,5, so ist das Wasser in der Regel nicht korrosiv. Der
pH-Wert hat zudem auch einen Einfluss auf den Geschmack des Wassers (Österreichisches
Lebensmittelbuch).
elektrische Leitfähigkeit:
Die elektrische Leitfähigkeit eines Wassers ermöglicht Rückschlüsse auf dessen
Mineralstoffgehalt. Sie sollte möglichst unter 2500 µS/cm liegen, da ansonsten der
Mineralstoffgehalt für Trinkwasser zu hoch wäre. Eine zu geringe elektrische Leitfähigkeit
weist hingegen auf eine geringe Gesamthärte, eine erhöhte Korrosionswahrscheinlichkeit
sowie einen geringen Mineralstoffgehalt hin, was gesundheitliche Folgen nach sich ziehen
kann (Hütter, 1994).
Gesamthärte:
Die Gesamthärte ist die Stoffmengenkonzentration an Calcium- und Magnesium-Ionen in
mmol/L. Diese Stoffmengenkonzentration wird üblicherweise in °dH (Grad deutscher Härte)
umgerechnet. Die Gesamthärte eines Wassers sollte mindestens 8,4°dH betragen. Unter
diesem Wert liegt meist eine erhöhte Korrosionswahrscheinlichkeit sowie ein zu geringer
Mineralstoffgehalt vor, was gesundheitliche Folgen nach sich ziehen kann (Hütter, 1994).
Oxidierbarkeit:
Die Messung der Oxidierbarkeit dient der Bestimmung der organischen Substanzen im
Wasser. Die Oxidierbarkeit von Trinkwasser wird über den Kaliumpermanganatverbrauch der
Probe bestimmt. In gewöhnlichen Grundwässern liegt der Kaliumpermanganatverbrauch
meist unter 8 mg/L (2 mg/L Permanganatindex). Eine erhöhte Oxidierbarkeit ist ein Hinweis
auf mögliche Zuflüsse von Oberflächenwasser (Höll, 1986).
Eisen und Mangan:
Durch die Anwesenheit von Eisen- und Manganverbindungen im Trinkwasser entstehen im
Leitungsnetz Inkrustationen und Rohrverschlammungen sowie Ablagerungen. Die
Ablagerungen können zu einer beträchtlichen Verengung des Rohrlumens führen. Es gibt eine
Reihe von Bakterien (eisenoxidierende Mikroorganismen), welche bei der Anwesenheit von
Eisen zu fädigem Wachstum befähigt sind und Biofilme ausbilden. Deren Wachstum wird
durch einen Eisengehalt von unter 0,1 mg/L gehemmt (Höll, 1986).
Sulfat:
Mit der Sulfatkonzentration eines Wassers steigt meist auch dessen Betonaggressivität (bei ca.
200 mg/L). Auch gesundheitlich ist eine erhöhte Sulfatkonzentration nicht unerheblich. Schon
bei Konzentrationen ab 200 mg/L kann Sulfat zu Darmfunktionsstörungen führen (Höll,
1986).
Chlorid:
Ein erhöhter Chloridgehalt kann sowohl geogen als auch anthropogen bedingt sein. Mögliche
anthropogene Einflüssen können die Verunreinigung durch Abwässer, das Ausbringen von
Straßenstreusalz oder der Einsatz von Kalidünger sein. Ein erhöhter Chloridgehalt hat keinen
nennenswerten physiologischen Einfluss auf den Menschen. Allerdings tritt durch diese
Erhöhung ein salzartiger Geschmack auf, welcher die Genießbarkeit des Trinkwassers
beeinflusst. Kann ein geogener Ursprung ausgeschlossen werden, so sollten mögliche
Zuflüsse von Außen überprüft werden (Hütter, 1994).
Stickstoffverbindungen (Ammonium, Nitrit, Nitrat):
Ammonium ist ein Abbauprodukt organischer Substanzen. Zudem kommt es aber auch in
menschlichen und tierischen Exkrementen vor, weshalb eine Erhöhung des
Ammoniumgehalts stets als bedenklich gilt.
Nitrit kommt in unverschmutztem Wasser höchstens spurenweise vor. Es entsteht bei
natürlichen Ab- und Umbauvorgängen von Ammonium und Nitrat. Eine erhöhte
Konzentration ist ein wichtiger Hinweis auf eine Verschmutzung.
Nitrat ist in fast allen Wässern in geringen Mengen nachweisbar und meist unbedenklich.
Erhöhte Gehalte können auf eine Verschmutzung hinweisen (Hütter, 1994).
Literaturverzeichnis:
- DIN 2000: Zentrale Trinkwasserversorgung Leitsätze für Anforderungen an Trinkwasser
Planung; Bau und Betrieb der Anlagen.
- Schlegel Hans G.: Allgemeine Mikrobiologie. Thieme-Verlag, 7. Überarbeitete Auflage,
1992.
- Klee Otto: Wasser untersuchen. Biologische Arbeitsbücher Quelle & Meyer, 1. Auflage,
1990.
- Auckenthaler Adrian, Huggenberger Peter: Mikroorganismen im Grund- und Trinkwasser Transport - Nachweismethoden - Wassermanagement. Birkhäuser-Verlag, 1. Auflage, 2003.
- Feuerpfeil Irmgard, Botzenhart Konrad: Hygienisch-mikrobiologische Wasseruntersuchung
in der Praxis. Wiley-VCH Verlag, 1. Auflage, 2008.
- Hütter Leonhard A.: Wasser und Wasseruntersuchung. Salle + Sauerländer Verlag, 6.
Auflage, 1994.
- Höll Karl: Wasser - Untersuchung, Beurteilung, Aufbereichung, Chemie, Bakteriologie,
Virologie, Biologie. de Gruyter Verlag, 7. Auflage, 1986.
- Gelzhäuser P., Bewig F., Holm K., Kryschi R., Reich G., Steuer W.: Desinfektion von
Trinkwasser durch UV-Bestrahlung. Expert-Verlag, 1. Auflage, 1985.
- Österreichisches Lebensmittelbuch: Codexkapitel B1, Trinkwasser. 4. Auflage.
- Bundesrecht: Trinkwasserverordnung, BGBl. II Nr. 304/2001 i.d.g.F.