Gezielte Identifizierung von Eintragsquellen mikrobiologischer Belastungen

Dr. Andreas Korth

DVGW-FORSCHUNGSPROJEKT Titel: „Entwicklung einer Methodik zur Identifizierung von Eintragsquellen mikrobiologischer Belastungen in der Trinkwasserprozesskette“Kurzbezeichnung: MikroSens

Projektkonsortium:

EINLEITUNG

§ Zur Überwachung der mikrobiologischen Trinkwasser-qualität hat sich seit über 100 Jahren das Indikatorprinzipbewährt, verankert in der TrinkwV 2001. (E. coli, Coliformeund Enterokokken dürfen in 100 ml Wasserprobe nichtnachweisbar sein).

§ Das häufiger vorkommende Auftreten mikrobiologischerEinzelbefunde weist darauf hin, dass die angewandtenRoutineverfahren im Rahmen der mikrobiologischenGefährdungsanalyse nicht ausreichend sind, umRisikostellen in der komplexen Trinkwasserprozessketteeindeutig identifizieren und bewerten zu können.

EINLEITUNG

§ Im Rahmen eines DVGW-Forschungsprojektes MikroSenswurde eine Methodik zur erheblich sensitiverenProbennahme durch Nutzung großer Volumina entwickelt.

§ Zudem wurden moderne mikrobiologische Untersuchungs-verfahren zur eindeutigen und schnellen Spezies-identifizierung untersucht.

ANSATZ

Schnelle Vor-Ort-Anreicherung von Bakterien aus großem Volumen

Quantifizierung Coliformer und Enterokokken mittels Routine-verfahren

Identifizierung mittels molekular-biologischer Verfahren

+ +

Bewertung von Trinkwasser-transportsystemen

Bewertung von Baumaßnahmen

Identifizierung mikrobiologischer Eintragsquellen

Bewertung Aufbereitungsanlagen

ANREICHERUNG MIT MEMBRANMODUL

- Filterfläche ca. 2 m²- Einmalmodul - ca. 100 l in 45 min

MEMBRANMODUL AUS MEDIZINISCHEM BEREICH

Polysulfon -Hohlfasermembran

VERGLEICH MODULE DER HERSTELLER

Probe Hersteller 1 Hersteller 2

Brunnengallarie 1:Rohwasser

2,5 l/min à 40 min pro 100 lFiltr. Vol.: 100 l

Brunnengallarie 2:Rohwasser

2,1 l/min à 40 min pro 100 lFiltr. Vol.: 385 l

Rohwasser:Grundwasser

2,2 l/min à 45 min pro 100 lFiltr. Vol.: 110 l

Trinkwasser 1 2,3 l/min à 45 min pro 100 lFiltr. Vol.: 116

1,3 l/min à 75 min pro 100 lFiltr. Vol.: 90 l

Trinkwasser 2 2,2 l/min à 45 min pro 100 lFiltr. Vol.: 134 l

Trinkwasser 3 1,4 l/min à 71 min pro 100 lFiltr. Vol.: 124 l

VERSUCHSAUFBAU CROSS-FLOW / DEAD-END

WIEDERFINDUNGSRATE CROSS-FLOW

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

HF/CF50:50/PBS RX/CF50:50/PBS RX/CF50:50/PP

Wie

derf

indu

ngsr

ate

in %

Serratia fonticola

WIEDERFINDUNGSRATE DEAD-END

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

HF/DE/PBS HF/DE/PP RX/DE/PBS RX/DE/PP

Wie

derf

indu

ngsr

ate

in %

Serratia fonticola

WIEDERFINDUNG ENTEROKOKKEN

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

HF/DE/PP RX/DE/PP

Wie

derf

indu

ngsr

ate

in %

Enterococcus faecalis

VERGLEICH QUANTIFIZIERUNGSMETHODEN

Colilert (ISO 9308-2/2013) für Quantifizierung angereicherter Proben geeignet

MF/CCA (ISO 9308-1/2014) für Quantifizierung angereicherter Proben teilweise ungeeignet

Quantifizierung coliforme Bakterien

VERGLEICH QUANTIFIZIERUNGSMETHODEN

Enterolert sowie MF/CEA (Alternativverfahren nach TrinkwV) für Quantifizierung angereicherter Proben geeignet

MF/SB (ISO 7899-2) für Quantifizierung angereicherter Proben teilweise ungeeignet

Quantifizierung Enterokokken

SYSTEM FÜR VOR-ORT EINSATZ

Ablaufschlauch

Wasserzähler

Zulaufschlauch

Gestell

Filtrationsmodul

Schlauchpumpe

UNTERSUCHUNGEN WVU3

Messpunkt Temp. [°C]

Vol. [l]

colif. B.(19 h) [100 ml/m³]

colif. B.(22 h) [100 ml/m³]

E. coli (19 h) [100 ml/m³]

Enterok. (24 h) [100 ml/m³]

18.08.2015 (Defekter Behälter) Rohwasser 12,2 60 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Reinwasser 11,8 100 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 1 12,8 100 0,5148 / 5.184 0,6217 / 6.217 0,0485 / 485 0 / 0 Netzpunkt 2 19,4 156 0,4346 / 4.346 0,4908 / 4.908 0,0013 / 13 0,1077 / 1.077 Netzpunkt 3 17,1 163 0,5290 / 5.290 0,5590 / 5.590 0 / 0 0,1215 / 1.215 Netzpunkt 4 15,4 191 0,6603 / 6.603 0,8565 / 8.565 0,0099 / 99 0,0927 / 927 Netzpunkt 5 13,1 170 0,5324 / 5.324 0,6192 / 6.192 0,0488 / 488 0 / 0

08.03.2016 (Nach Behältersanierung) Rohwasser 11,4 86 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Reinwasser 11,4 115 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 1 9,6 125 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 2 6,7 182 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 3 5,1 100 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 4 7,0 105 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 5 9,8 205 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0

ETABLIERUNG RAPD UND PCR

GEL VON RAPD (BLUE BIOLABS)

Schnelle Typisierung von Isolaten

Praxisbeispiele

FALL 1: AUSGANGSSITUATION - BEFUNDE

Messpunkt Coliforme pro 100 mlNetz 1 0Netz 2 1Netz 3 0Netz 4 1Netz 5 1

Netz 6 0

§ Eintragsstelle war unbekannt undaus Befundsituation nicht ableitbar

FALL 1: IDENTIFIZIERUNG QUELLE§ 1. Beprobungsserie (Anreicherung): Wasserwerk + Netz

§ WW: 0,53 Coliforme/100 ml§ Netz 1: 0,50 Coliforme/100 ml§ Netz 2: 0,48 Coliforme/100 ml§ Netz 3: 0,38 Coliforme/100 ml

à Kontaminationsquelle liegt im Wasserwerk

FALL 1: IDENTIFIZIERUNG QUELLE§ 2. Beprobungsserie (Anreicherung) – Wasserwerk

§ Rohwasser: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 1: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 2: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 3: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 4 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 5 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 6 0,00 Coliforme/100 ml§ WW – Ausgang 0,50 Coliforme/100 ml

à Kontaminationsquelle liegt zwischen Ablauf der Filter undReinwasserpumpen à Reinwasserkammer

à Bei Begehung wurden Probleme in Reinwasserkammerfestgestellt

FALL 2: BEWERTUNG TRANSPORTLEITUNGEN

WWN1N2N3N4

1. Probennahme Angaben n/m3 2. Probennahme Angaben n/m3

PN-Stelle Coliforme (19 h)

E. coli (19 h)

Coliforme (22 h)

E. coli (22 h)

Entero-kokken

Coliforme (19 h)

E. coli (19 h)

Coliforme (22 h)

E. coli (22 h)

Entero-kokken

Wasserwerk vor DES 1094 0 5626 0 0 4954 0 7074 0 0

Netz 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Netz 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Netz 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Netz 4 83 0 125 0 0 47 0 80 0 0

àAusgang WW (nach DES) + Transportleitung bis Messstelle N 3 - o.B.à Eintrag Coliformer zwischen N3 und N 4

Wasserwerk: 0,002 KBE/100ml à 20 KBE/m³ Buttiauxella agrestis

Netzpunkt bei Baustelle: 0,05 KBE/100ml à 500 KBE/m³

Lelliotta amnigena Enterobacter Buttiauxella sp. Buttiauxella giviniae Lelliotta minipressuralis Buttiauxella sp.

FALL 3: BEWERTUNG BAUMASSNAHME

Schlussfolgerung:Im Bereich der Baustelle ist eine Verunreinigung od. Nährstoffquelle vorhanden

FALL 3: UNTERSUCHUNG VON BRUNNEN

Messpunkt Wassertemperatur (°C) filtriertes PV [l] Coliforme pro m³Brunnen 1 12,4 200 328Brunnen 2 12,6 201 0Brunnen 3 13,1 215 2638Brunnen 4 12,6 200 0Brunnen 5 12,2 200 95Brunnen 6 11,8 200 52Brunnen 7 11,8 200 10Brunnen 8 12,1 205 0Brunnen 9 12,3 200 0

Einige Brunnen weisen eine geringe Belastung mit coliformen Bakterien auf

FALL 4: UNTERSUCHUNGEN IN EINEM WW

Nr. Messstelle Temp. (°C)

Filtriertes Volumen [l]

Coliforme (19 h) pro 100 ml 3

Coliforme (19 h) pro m3

1 Zulauf Riesler 10,2 200 0,0083 83

2 Zulauf 2. Filterstufe (Abl. Riesler) 10,2 210 0,0136 136

3 Ablauf FF1 (Laufzeit* = 406 h) 10,4 260 0,4444 4.444

4 Ablauf FF2 (Laufzeit* = 284 h) 10,3 225 >4,41 > 44.100

5 Ablauf FF3 (Laufzeit* = 333 h) 10,2 340 0,0272 272

6 Ablauf FF4 (Laufzeit* = 95 h) 10,2 345 0,5939 5.939

7 Ablauf FF5 (Laufzeit* = 312 h) 10,2 400 >2,54 >25.400

8 Ablauf Reaktionskammer 10,3 230 3,77 37.706

9 Ablauf Trinkwasserbehälter 1 10,2 280 >3,54 >35.400

10 Ablauf Trinkwasserbehälter 2 10,2 280 >3,54 >35.400

FALL 4: ERGEBNISSE IDENTIFIZIERUNG

K P2(Abl.Riesler): 8xA, 2xB P1(Zul.Riesler):9xA, 1xB

P3(AblFF1): 7xA, 3xB

P8: 7xA+

P8 +3xB K

K

P4(Abl.FF2): 7xA, 3xB K

K K

K K

P5(Abl.FF3): 5xA, 5xB P6(Abl.FF4): 8xA, 2xB

P9(Abl.TWB1): 9xA, 1xB

P7: 9xA+

P7 +1xB P9(Abl.TWB2): 6xA, 4xB

B B A A A A A A A A

B

A A A A A A B A A A A B A A A

BB A A A A B A A A B A A A B A A A B A A A A

K

A B A A B A B B A B A A B A B A A A A A

K

A A A B A K K

A A A A A A A A A A A B A A A A B A A A A B B A A A K K

K P2(Abl.Riesler): 8xA, 2xB P1(Zul.Riesler):9xA, 1xB

P3(AblFF1): 7xA, 3xB

P8: 7xA+

P8 +3xB K

K

P4(Abl.FF2): 7xA, 3xB K

K K

K K

P5(Abl.FF3): 5xA, 5xB P6(Abl.FF4): 8xA, 2xB

P9(Abl.TWB1): 9xA, 1xB

P7: 9xA+

P7 +1xB P9(Abl.TWB2): 6xA, 4xB

B B A A A A A A A A

B

A A A A A A B A A A A B A A A

BB A A A A B A A A B A A A B A A A B A A A A

K

A B A A B A B B A B A A B A B A A A A A

K

A A A B A K K

A A A A A A A A A A A B A A A A B A A A A B B A A A K K

Grün: Serratia fonticolaBlau: Yersinia sp.

ZUSAMMENFASSUNG

§ Im Rahmen des DVGW-Projektes MikroSens wurdeHandwerkszeug für eine Identifizierung vonmikrobiologischen Kontaminationspunkten entwickelt.

§ Für die schnelle vor-Ort Anreicherung von Bakterienwurden verschiedene Systeme getestet.

§ Membranmodule aus der Medizin weisen ein einfachesHandling und hohe Filtrationsleistung auf.

§ Mit den verwendeten Modulen können in ca. 1hBakterien aus einer Wassermenge von 130 l angereichertwerden.

ZUSAMMENFASSUNG

§ Bei niedriger Befundsituation liefert die Anreicherung eineindeutiges Bild zur Befundsituation.

§ Häufig können mit wenigen BeprobungsserienEintragsstellen eindeutig lokalisiert werden.

§ Die Anreicherung kann mit der Identifizierung gekoppeltwerden.

§ Die Anreicherung u. Identifizierung wurde in Praxisfällenerfolgreich für die schnelle Identifizierung vonKontaminationsstellen und –ursachen eingesetzt.

DANKSAGUNG

Das TZW und die Blue Biolabs GmbH bedanken sich beim

Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) für

die finanzielle Förderung des Projektes und bei den beteiligten

Wasserversorgungsunternehmen für die Unterstützung bei der

Durchführung der Untersuchungen.

Dr. Andreas Korth TZW: DVGW-Technologiezentrum WasserAußenstelle Dresden Wasserwerkstraße 201326 Dresden andreas.korth@tzw.de

Vielen Dank für das Interesse!