09 Jan 2018

42. BImSchV – Desinfektionsmaßnahmen und Keimkontroll-Verfahren

Die neue 42. BImSchV enthält umfangreiche Verpflichtungen und Maßnahmen für die Betreiber offener Rückkühlwerke, um den hygienischen Betrieb solcher Anlagen sicherzustellen

09 Jan 2018

Die neue 42. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) enthält umfangreiche Verpflichtungen und Maßnahmen für die Betreiber offener Rückkühlwerke, um den hygienischen Betrieb solcher Anlagen sicherzustellen. Dazu gehören mikrobielle Untersuchungen, das Führen eines Betriebstagebuchs und eine Anzeigepflicht der anlagen bei den zuständigen Überwachungsbehörden.

Die zum 20. August 2017 in Kraft getretene 42. BImSchV enthält eine Menge neuer Vorgaben für die Betreiber von Kühltürmen, Verdunstungskühlanlagen und Nass-Rückkühlwerken. Ziel dieses Maßnahmen-Katalogs ist die Sicherstellung eines hygienischen Betriebs solcher Anlagen, denn in der jüngeren Vergangenheit kam es wieder zu Legionellen-Infektionen, die durch mikrobiell belastetes Kühlwasser aus solchen Anlagen verursacht wurden.

Zentrale Gebäude-Klimaanlage

Foto: Wikipedia / CC 3.0

Eine Verdunstungskühlanlage funktioniert im Prinzip wie ein Luftwäscher: Für jeden Kubikmeter Wasser, der zu Kühlzwecken verdampft wird, muss die Anlage ca. 1.000 m³ Luft durch das Kühlwasser saugen beziehungsweise blasen. Es ist daher leicht nachvollziehbar, dass bei diesem Vorgang jede Menge Schmutzpartikel, Schwebstoffe und natürlich auch Mikroorganismen aus der Umgebungsluft in das Kühlwasser gelangen. Dort können sich die eingetragenen Organismen je nach Temperatur mehr oder weniger schnell vermehren. Das Nahrungsangebot ist in der Regel aufgrund der eingetragenen, zum größten Teil „verdaulichen“ organischen Stoffe gut.

Was kann der Betreiber einer solchen Anlage tun, um das ungebremste Wachstum zu verhindern oder zumindest zu reduzieren? Zunächst einmal sollte er sich mittels der vorgeschriebenen Prüfmethoden und -zyklen regelmäßig einen Überblick über die vorliegende mikrobielle Belastung verschaffen. Der Gesetzgeber hat den Fokus bewusst vor allem auf die Legionellen-Beobachtung gelegt, da von diesen, nach heutigem Kenntnisstand, die höchste Gesundheitsgefahr durch das Einatmen belasteter Aerosole ausgeht.

Biofilm erschwert die Desinfektion

Es ist wichtig zu beachten, dass in einem Kühlwasserkreislauf Mikroorganismen wie Legionellen nicht isoliert von anderen Arten und Familien leben. Unter den unterschiedlichen Arten von Mikroorganismen bildet sich schnell ein „Teilchenzoo“, genannt Biofilm. Dieser Biofilm besteht meist aus zahlreichen Arten und Gruppen von Mikroorganismen, die miteinander eine Lebensgemeinschaft mit einer strukturierten Aufgabenteilung bilden – inklusive dem Aufbau von Schutzmechanismen.

Biofilm auf Katheteroberfläche

Foto: Wikipedia / publ. domain

Eine typische Eigenschaft dieses Biofilms ist, dass er sich an unterschiedlichen Oberflächen unterschiedlich gut anheften kann. Um frei im Wasser schwimmend überleben zu können, fehlt den meisten Mikroorganismen eine stabile Nahrungsversorgung und ein brauchbares Schutzkonzept. Führt der Anlagenbetreiber einen Test auf im Kühlwasser vorhandene Mikroorganismen durch, so handelt es sich also immer um eine räumliche und zeitliche Momentaufnahme an genau dieser Entnahmestelle. Angesichts dessen ist, falls bei einer solchen Stichprobe Mikroorganismen wie Legionellen gefunden werden, die Konzentration fast nebensächlich. An einer anderen Stelle der Anlage kann die erreichte Konzentration zu genau diesem Zeitpunkt durchaus erheblich höher sein. Oder auch geringer.

Biofilm bietet die Nahrungs- und Vermehrungsgrundlage

Bei der Bekämpfung von Mikroorganismen mit geeigneten chemischen, biologischen und/oder physikalischen Methoden geht es also immer darum, nicht nur einzelne, frei schwimmende Einzelorganismen zu beseitigen, sondern vielmehr um eine möglichst vollständige Beseitigung des unter Umständen bereits in der Anlage gebildeten Biofilms. Dieser Biofilm bietet die Vermehrungsgrundlage für alle darin lebenden Organismen. Gelingt es nicht, diese Basis hinreichend weit zu zerstören und abzulösen, kann die Reduktion eines bakteriellen Befalls nicht gelingen.

Für die Entfernung des Biofilms gibt es durchaus noch weitere wichtige Gründe: Die meist schleimigen und ca. 10 bis 100 µm dicken Ablagerungen führen zu einer erheblichen Reduzierung des Wärmeaustauschvermögens von Wärmeübertragern und Kühlrippen im Verdunstungsbereich. Sie können dadurch die Effizienz der Verdunstungskühlanlage erheblich verschlechtern. Auch führt der auf der Oberfläche anhaftende Biofilm auf metallischen Rohren und Wärmetauschern zu einer punktuell hohen Konzentration der Stoffwechsel- und Abbauprodukte der Bakterien. Dies sind häufig säurehaltige Stoffe mit stark korrosiven Eigenschaften.

Biofilm führt zu einer hohen Wirkstoffzehrung

An dieser Stelle ist es wichtig, sich noch einmal zu vergegenwärtigen, dass die einzelnen Arten und Familien von Mikroorganismen unterschiedliche Stoffwechseleigenschaften haben. Damit einher geht auch, dass die Empfindlichkeiten gegenüber chemischen und biologischen Wirkstoffen stark unterschiedlich sind. Dementsprechend wurde bei vielen Untersuchungen zum Abbau von Biofilmen beobachtet, dass eingebrachte chemische Wirkstoffe häufig nur an der Oberfläche des Biofilms ihre Wirkung entfalten. Die dabei absterbenden Schichten von Mikroorganismen bilden dann als „organisch tote Materie“ geradezu eine Art Schutz- beziehungsweise Opferschicht. Diese Schicht kann ein weiteres Eindringen der Wirkstoffe sehr wirkungsvoll verhindern. Solch eine Art der Verschmutzung führt deshalb zu einer hohen Wirkstoffzehrung und einem unerwünscht hohen Chemikalieneinsatz.

Kombinierte Maßnahmen notwendig

Daher ist es häufig sinnvoll, insbesondere bei Bestandsanlagen, die bisher kaum oder nur unregelmäßig auf mikrobielle Verkeimungen geprüft und selten mit geeigneten Reinigungsmaßnahmen bearbeitet wurden, vor einem großflächigen Einsatz chemischer Biozide eine chemische oder auch mechanisch-physikalische Ablösung der Biofilmanteile durchzuführen. Für eine solche chemische Reinigung werden häufig stark alkalische Lösungen verwendet, die zu einer Spaltung und Auflösung der Zellbestandteile (im wesentlichen Proteine) führen. Bei ausreichender Einwirkzeit und gegebenenfalls noch erhöhter Temperatur lassen sich dabei sehr gute Ergebnisse erreichen. Kombiniert man diese chemische Methode noch mit einem mechanischen Spülprozess (zum Beispiel einem Luft-Wasser-Impulsspülverfahren), so kann man bereits eine sehr weitgehende Abtrennung, oder zumindest mechanische Schädigung der Oberfläche von Biofilmen, erreichen.

Comprex©-Verfahren, Prinzip

Foto: Comprex©-Verfahren (Luft-Wasser-Impulsspülverfahren), m. freundl. Genehm. v. Hammann GmbH

Bei geringerer Belastung oder nach einem vorgeschalteten chemisch-mechanischen Vorreinigungsschritt können weitere Maßnahmen die Reduzierung von bakteriellen Belastungen abschließen. Bei der chemischen Behandlung können im Prinzip alle gängigen Biozide verwendet werden.

Biofilm-abbauende Maßnahmen bevorzugen

Wie oben erwähnt, ist das Verhältnis von verdunstetem Wasser zu geförderter Luft in Kühl- und Prozesswassersystemen 1:1.000. Damit ist grundsätzlich von einer höheren mikrobiellen Belastung auszugehen. Mit der Möglichkeit der Ausbildung von Biofilmen ist stets zu rechnen. Biofilm-abbauende Maßnahmen sind den Chemikalien und Bioziden deshalb vorzuziehen. Außerdem ist darauf zu achten, dass bei regelmäßigem Einsatz chemisch gleichartiger Biozide beziehungsweise Wirkstoffe Resistenzeffekte auftreten können. Wo immer gegen bestimmte Wirkstoffe empfindliche Mikroorganismen absterben, können sich die dagegen nicht-empfindlichen Keime umso besser vermehren. Aus diesem Grund ist der Einsatz rein oxidierend wirkender Substanzen eher empfehlenswert. Konkret sind das Ozon und Chlordioxid.

Schließlich ist eine Biozid-Behandlung grundsätzlich als Stoßdesinfektion mit einem relativ hohen Wirkstoffgehalt durchzuführen, denn eine Dauerbehandlung mit geringer Dosis führt häufig zur Ausbildung von Resistenzen. Auch hier wirkt die natürlich Selektion negativ: Reicht der Wirkstoffgehalt nicht aus, um alle Mikroorganismen abzutöten, überleben die widerstandsfähigsten und vermehren sich.

Minimierungsgebot für Chemikalien beachten!

Sowohl die 42. BImSchV als auch die Biozidverordnung und die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) enthalten ein Minimierungsgebot für die Anwendung von Chemikalien. Überschussmengen wie auch Abbauprodukte von biozid wirkenden Stoffen können in biologischen Kläranlagen in der Regel nicht oder zumindest nicht vollständig abgebaut werden, so dass es zu Anreicherungen dieser Wirkstoffe in Grund- und Oberflächenwasser kommt. Auch diese unter Umständen täglich vom Menschen aufgenommenen Mikromengen führen zur Ausbildung von Resistenzen gegen antimikrobielle Wirkstoffeinsätze im menschlichen Organismus.

Um solche Schadenseffekte auszuschließen, sollte bei der antimikrobiellen Behandlung von Kühlwasserkreisläufen der Einsatz von rein physikalischen oder weitestgehend chemiefreien Verfahren und Technologien geprüft werden. Hier gibt es neben der UV-Behandlung (die grundsätzlich nicht biofilmabbauend wirkt, keine Depotwirkung beinhaltet und nur bei großflächiger Behandlung beziehungsweise bei geringen Schichtdicken Wirkung zeigt) inzwischen auch auf Hochdruck beziehungsweise Kavitation basierende Verfahren (z.B. Simplex-Technologie), die ähnlich einer Hochdruck-Sterilisation wirken und die Zellen der im Kühl- beziehungsweise Prozesswasser enthaltenen Bakterien und Mikroorganismen mittels mechanischem Druck zerstören. Darüber hinaus sind vor diesem Hintergrund auch Verfahren mit einer in-situ-Produktion von bioziden Wirkstoffen in relativ geringer Konzentration, die sogenannte Elektrochemische Aktivierung (ECA-Verfahren), sinnvoll.

42. BImSchV fordert Betriebstagebuch

Unabhängig davon, welche Wirkstoffe schließlich verwendet werden, sind Einsatzmenge beziehungsweise -konzentration, Art des verwendeten Biozids sowie der Zeitpunkt des Zusatzes nach den Vorgaben der 42. BImSchV im Betriebstagebuch zu dokumentieren.

Betriebstagebuch, schemat.

Foto: pixabay / publ. domain

Dadurch soll die mögliche Verfälschung eines Keimtests durch Restmengen enthaltener Biozide vermieden werden. Außerdem ist die Wirksamkeit einer antimikrobiellen Behandlung bei allen Anlagen mit Kühlleistungen <200 MW mit einem allgemeinen, vierzehntägig durchzuführenden Keimtest (z.B. Dip-Slide-Test) sowie durch einen alle drei Monate durchzuführenden spezifischen Legionellentest nachzuweisen. Die Untersuchungsergebnisse sind ebenfalls im Betriebstagebuch zu vermerken.

(dieser Beitrag ist Teil der 3-teiligen Reihe „Serie 42. BImSchV“ in der Publikation „Der Facility Manager“ aus dem Forum-Fachverlag. Den Originaltext finden Sie in Heft 12/2017, S. 44-47)

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Blog-Beiträge Dr. Matthias Brück

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