Aktuelle und neue Wasseraufbereitungsverfahren aus ... · Bedeutung von Wasser in der Hygiene • Lebensmittel, Trinkwasser • Lösungsmittel für Verschmutzungen beim Reinigen (Textilhygiene)

Aktuelle und neue

Wasseraufbereitungsverfahren

aus hygienischer Sicht

F. v. Rheinbaben

Bedeutung von Wasser in der

Hygiene

• Lebensmittel, Trinkwasser • Lösungsmittel für Verschmutzungen beim Reinigen

(Textilhygiene)

• Rohstoff für den Betrieb kritischer Instrumente

(Befeuchter, Kühlwasser, Wärmetausch etc.)

• Verdünnungsmittel für Desinfektionsmittelkonzentrate

• Körperhygiene (Sanitärbereiche)

• Badewasser (Schwimmbäder, Geburtswannen etc.)

• Entsorgung (Abwasser)

• Und anderes

Lebensform / Vorstufe

von Lebensformen

Kategorie

Mehrzeller • Fadenwürmer

• Rädertiere

• Wenigborster

• Kleinkrebse

• Wasserasseln

Einzellige Organismen • Protozoen

• Bakterien

• Mikroalgen

• Pilze

Agenzien • Bakteriophagen

• Viren

Virusfamilie

Genera/Art

Vorkommen in

Abwasser Oberflächen-wasser Trinkwasser

Picornaviren Poliovirus Coxsackieviren Hepatitis A-Virus Sonstige Enteroviren

+++ ++ ++ +

++ + + ?

(+) -

(+) ?

Reoviren Reo-Viren Rotaviren

+ ++

+ +

- (+)

Parvoviridae Parvovirus + + -

Papovaviren Vacuolating-Virus + ? -

Adenoviridae Adenoviren + + +

Paramyxo-viridae Parainfluenzavirus + + -

Corona-viridae Coronaviren + - -

Aufbereitungsverfahren von Wasser

• Verfahren zur Abtötung / Inaktivierung von

Mikroorganismen und Viren

• Verfahren zur Entfernung organischer Substanzen

• Verfahren zur Entfernung anorganischer Substanzen,

insbesondere gelöster Salze

UV

245 nm

Flüssigkeits-

strom

An

od

e C

ath

od

e - +

H2O NaCl

H2

NaClO

NaCl

H2O

Cl2 + 2 Na+ + 2OH- NaClO + NaCl + H2O

2Cl- Cl2 + 2e- 2H2O + 2e

- H2 + 2OH-

An

od

e K

ath

od

e - +

Diaphragmaverfahren A

nod

e K

ath

od

e - +

Na+

Membranverfahren

Cl-

Cl2

Na+ Na+ Cl2

Na+ + Cl-

Na+ + Cl-

NaOH

NaOH und

anderes

Chlordioxydverfahren

Herstellung:

5 NaOClO2 + 4 HCl → 4 ClO2 + 2 H2O + 5 NaCl

5 NaOClO2 + 4 HSO3NH2 → 4 ClO2 + 4 NaSO3NH2 + 2 H2O

+ NaCl

Dosierung zur bakteriziden und viruziden Desinfektion

mäßig mit organischen Substanzen belasteten Wassers:

1,0 - 1,5 mg ClO2 /l

Für die Permanentdosierung kritischen Wassers

Dosierung im Wassereinlauf

0,2 - 0,35 mg ClO2 /l

Was sich im Wasserauslauf auf 0,01 bis 0,02 mg ClO2 /l

abbaut

Technologie

Ausschluss-

grenze

Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration Umkehrosmose

> 0,2 bis 0,1 µm > 0,01 µm > 0,002µm < 0,001 µm

Bakterien

Viren,

Makromoleküle,

Collloide

Organische

Moleküle,

multivalente

Ionen

Monovalente

Ionen

Benötigte

Druckdifferenz (je nach

Rohwasser)

~ 0,2 - 3 bar ~ 0,5 - 5 bar ~ 5 - 10 bar ~ 3 - 150 bar

Wasser mit

osmotisch aktiven

Substanzen

(Konzentrat) Reines Wasser

Semipermeable

Membran

Druck

Druck Zulauf

Rohwasser Ablauf

Osmose-

wasser

Ablauf Konzentrat

Gehäuse

Gehäuse

Hohlfasen-

filterbündel mit

Bakterien-dichten

Poren und und

Endverschlüssen

Bakterienart Eigenschaften Besonderheit

Pseudomonas

aeruginosa

Monopolar begeißelt, jedoch auch Fimbrien,

die als Adhäsine fungieren, ebenso

Kapselbil-dung möglich.

Sehr anspruchslos, kann in

Anwendungslösungen von Des-infektionsmitteln

überleben und sich dort vermehren.

Stenotrophomonas

maltophilia

Polar begeißelt Nicht fermentierender Umweltkeim,

Lebensweise vergleichbar mit Pseudomonaden,

anspruchslos

Acinetobacter

spec.

Unbeweglich, wächst schlecht in

Kulturüberständen. Offensichtlich mehr an

Adhärenz auf Oberflächen angepasst,

mehrwöchige Trockenresistenz möglich.

A. baumanii an wässrige Biotope des

Krankenhauses angepasst. 90% der

beobachteten Fälle sind nosokomialen

Ursprungs. Nur ca. 4% "community acquired."

Besonders hohes Potenzial für Multiresistenzen

gegenüber Antibiotika.

Proteus spec. Begeißelt, keine Kapsel jedoch Fimbrien, spezialisiert auf saprophytische

Lebensweise (Proteasen, Ureasen)

Vorkommen im Wasser, Oberflächenwasser bis

hin zu Abwasser, Fäkalien

Klebsiella spec. Unbeweglich und unbegeißelt, mit Fimbrien, bildet Kapseln

Vorkommen im Wasser bis hin zu Abwasser,

Fäkalien sowie in Darm und oberem

Respirations-trakt. Bei unsachgemäßem

Arbeiten auch in Anwendungs-lösungen von

Desinfektionsmit-teln vorkommend.

Legionellen Begeißelte Freiwasserform sowie unbegeißelte sessile Form

Vorkommen in Wasser. Nur unter besonderen

Voraussetzungen hochpathogen.

Clostridium

perfringens

Sporenbildendes Bakterium, anaerob,

unbeweglich, (andere Clostridien sind

dagegen peritrich begeißelt und beweglich)

Vorkommen im Boden, marinen Sedimenten,

Wasser, Abwas-ser, Fäkalien

Vorwiegend sessil / Vorwiegend vagil / Benötigt sehr komplexes Nahrungsangebot

Befeuchtung beim Betrieb der Filter

Ausgangsituation Betriebssituation Situation nach

dem Betrieb

Gehäusematerial

Filtermaterial

Strahlscheibe

Großporige Strahlscheiben fördern das Ablaufen von Restwasser

Erhöhen aber auch die Kontaminationsgefahr

Studie Uni Mainz 2014

Anmerkungen zur Studie:

• Eine Biofilmbildung und nachhaltige Kontamination des Systems auf der

Filtratseite konnte in der Hauptstudie nicht nachgewiesen werden.

• Die Strahlscheibe besaß eine kontaktbiozide Wirksamkeit

• Die applizierte Menge ist mit 20 µl sehr gering und schwierig in einen

Freiraum zu applizieren. Es besteht die Gefahr, dass der Keim auf das

Filtermaterial aufgebracht wird oder an der Strahlscheibe abgestreift wird.

• Die Konzentration des Prüfkeims erscheint auf den ersten Blick gering, ist

jedoch für nährstoffarmes und vorfiltriertes Trinkwasser auf der Filtratseite

realistisch bis hoch.

• Die einwandfreie Funktion des Systems (Filtrationswirkung) über die gesamte

Versuchsdauer wurde gezeigt.

• Die Studie weist nach, dass durch die Wahl der Strahlscheibe eine

Kontamination auf ihrer Oberfläche beherrschbar ist, sofern die

Bakteriendichte praxisgerecht gewählt wird.

Biozide Ausrüstung nicht notwendig

Biozide Ausrüstung mit wasserunlöslichen Substanzen wäre zu bevorzugen, immobilisierte Substanz notwendig

Verhinderung einer Biofilmbildung

essentiell

Biozide Ausrüstung mit wasserlöslichen mikrobistatisch wirkenden Substanzen wäre wünschenswert

1. Auftragen auf die Oberfläche, Adsorption durch Wechselwirkung

2. Auftragen auf die Oberfläche mit Hilfe von Trägermaterialien, Lacke, Gele

etc.

3. Einarbeiten in die Grundsubstanzen der Materialien

4. Verarbeitung antimikrobieller Materialien, z. B. von Polymeren, Metallen

Wirkungsprinzipien

Biozide Ausrüstung nicht notwendig

Immobilisiert: Silber

Silber, Kupfer, Zink.

Rückseitenausrüstung, 2. Strahlenscheibe

Immobilisiert: Metalle, Metallpulver, Zinkspäne, QAV, Natriumazid,Titandioxid, andere Metalloxide,

Löslich: QAV, metallischer Verbindungen, Bakteriozinen, organische Säuren

Beispiele für Lösungen

Poly(2-oxazolin) Kontaktbiozide

• Poly(2-ethyl-2-oxazolin)

• Poly(2-nonyl-2-oxazolin)

• Poly(2 - substituierten) oxazolinen

Weitere Polymere

• Norbornenester und Norbornenether

• Aminofunktionellen Norbornenestern und lipophilen

Norbornenderivaten

• Monomereinheiten, die von Methylmethacrylat abgeleitet

sind / 4,5-Dichlor-2-n-octyl-4-isothiazolin-3-on

Besonderheiten:

• Wirksamkeit kann selektiv sein

• Wirkung braucht Zeit

• Begleitsubstanzen können die

Wirksamkeit reduzieren

• Toleranzen an immobilisierte Biozide

nicht auszuschließen (scheinen aber

bei Wahl geeigneter Systeme selten

Ionen im Wasser

Kationen Anionen

Eisen (Fe+++)

Calcium (Ca++)

Magnesium (Mg++)

Mangan (Mn++)

Kalium (K+)

Natrium (Na+)

Wasserstoff (H+)

Sulfat (SO4--)

Nitrat (NO3--)

Carbonat (CO3--)

Silikat (SiO2--)

Chlorid (Cl-)

Hydroxid (OH-)

SO3 SO3 SO3 SO3 SO3 SO3

SO3

H+

H+

H+

NH3 NH3 SO3 NH3 NH3 NH3

NH3 OH

Kationenaus-

tauscher mit

saurer

Gruppe

Anionenaustauscher mit

basiscer Gruppe

OH

Ca2+ Na+

Na+ Mg2+

Mg2+ Ca2+ Cl-

Cl-

Cl- Cl-

Cl-

H+

SO 4 2-

SO 4 2-

SO 4 2- SO 4

2- SO 4

2-

Cl-

SO 4 2-

H+

SO 4 2- Cl-

SO 4 2-

OH H+

H2O

Cl- SO 4 2- Na+ Mg2+ Ca

2+

Eingespeiste Kationen

Eingespeiste Anionen

SO 4 2- Cl- Kationenaustauscher

Anionenaustauscher

Cl-

Ca2+ Mg2+

Speisewasser in

Ionenaustauscherharz

Anode +

Kathode -

SO 4 2-

SO 4 2- Cl- OH HCO3

H+ Na+

Kationenmembran

Ca2+ Mg2+ Mg2+

Kationenmembran

Anionenmembran

Anionenmembran

Konzentrat

Konzentrat

Mg2+

OH

Mg2+

- - + + - +

Anode

+

Katode

- +

+ +

-

-

+

-

- -

+

+

+

+

-

+

- -

+

-

-

-

-

-

+

+ - + - + - + - + - + - Einspeisewasser

Diulat

Konzentrat

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