Pathogene Legionellenarten, wie Legionella pneumophila, können die Legionärskrankheit, eine schwere Lungeninfektion mit einer Sterblichkeit von 5-10 %, verursachen. Sie werden durch das Einatmen von Legionellen-kontaminierten Aerosolen aus künstlichen Wassersystemen, wie zum Beispiel Kühltürme, Trinkwassernetzwerke und Kläranlagen, übertragen. Die Legionärskrankheit hat in Europa in der Zeit von 2015 bis 2019 um 65 % zugenommen. Es ist davon auszugehen, dass die Legionärskrankheitsfälle, die aus Kläranlagen entspringen, aufgrund der zunehmenden Wiederverwendung von Abwasser und wegen des Klimawandels weiter steigen werden. Das Letztere wird sich insbesondere auf die Abwassertemperaturen und die mikrobielle Zusammensetzung von Abwässern auswirken. Eine Lösung zur Verhinderung der Legionellenvermehrung in Kläranlagen mit warmen Abwassertemperaturen (>23 °C) steht mangels Grundlagenforschung nach unserem Kenntnisstand nicht zur Verfügung. Das Ziel dieses Antrages ist es, die Temperaturbedingungen zu definieren, die das Wachstum von pathogenen Legionella spp. aus Kläranlagen begünstigen, unter Berücksichtigung konstanter und dynamischer Temperaturverhältnisse. Dafür sollen Isolate aus behandeltem Abwasser oder Belebtschlamm von fünf verschiedenen Kläranlagen, die warme Abwässer behandeln, bei fünf verschiedenen Temperaturen zwischen 20 °C und 40 °C kultiviert werden. Um die Wirkung dynamischer Temperaturbedingung zu untersuchen, soll die Temperatur in der Mitte der exponentiellen Wachstumsphase um 5 °C innerhalb einer kurzen Zeitspanne erhöht werden. Die Wachstumsparameter der getesteten Legionellenarten sollen vor und nach der Störung verglichen werden. Aufgrund unserer Erfahrungen bei vergangenen Überwachungsprojekten von Legionella spp. in Kläranlagen wurde ein schneller Temperaturanstieg von 5 °C ausgewählt. Die isolierten Legionellenarten sollen anhand der Kultivierungsmethode aus der biologischen Behandlungsstufe gewonnen werden. Die Arten der Isolate und die Legionellendiversität in der biologischen Stufe soll durch eine gattungsspezifische Next-Generation-Sequencing identifiziert werden. Für das Temperaturexperiment werden Isolate ausgewählt, die sowohl die Kerngemeinschaft der Legionellen, die in allen fünf Kläranlagen vorhanden ist, als auch die einzigartigen Stammtypen, die nur in bestimmten Kläranlagen vorkommen, abdecken. Die Integration der Ergebnisse der Abwasser-/Kläranlagencharakterisierung, der Legionellendiversität und des temperaturabhängigen Wachstums von den Legionellenisolate wird unser Verständnis über die Rolle von Kläranlagen als ökologische Nische für das Legionellenwachstum verbessern. Unsere Erkenntnisse können verwendet werden, um die Überwachung von Legionellen in Kläranlagen zu verbessern und sie sollen die Entwicklung von Strategien zum Umgang mit plötzlichen Temperaturänderungen in Kläranlagen und Abwasserwiederverwendungsanlagen unterstützen.
Die messtechnische Erfassung von Legionellen in freigesetzten Aerosolen von Verdunstungskühlanlagen erfolgt derzeit nicht routinemäßig. Gründe dafür sind insbesondere der mit einer repräsentativen Probenahme verbundene Aufwand sowie offene Fragen bzgl. des Vorgehens bei der Probenahme und der Bewertung der so gewonnenen Daten. Dieses Projekt hatte die Zielsetzung, eine Vorgehensweise für die Beprobung von Aerosolen an Rückkühlanlagen und Vorschläge für die Eignung von diagnostischen Methoden zum möglichst sensitiven Nachweis von Legionellen in Aerosolen zu entwickeln. Die abgeleitete Probenahmestrategie basiert auf Richtlinien und Normen zur (Bio-)Aerosolprobenahme unter Verwendung eines handelsüblichen Nass-Zyklonsammlers für Immissionsmessungen. Dieser wurde zur Emissionsprobenahme technisch modifiziert und die physikalische Sammeleffizienz im Labor ermittelt. An vier industriell betriebenen Verdunstungskühlanlagen erfolgten Validierungs-messungen zur Aerosolsammlung und zum analytischen Nachweis von Legionellen. Bei mehreren Anlagen erfolgten zusätzlich die Bestimmung der Anzahlgrößenverteilung der Tropfenaerosole und nachfolgend die Berechnung des Flüssigwassergehaltes im Schwaden. Die Auswertung parallel durchgeführter Emissionsmessungen mit unterschiedlichen technischen Sammlerkonfigurationen zeigte nur geringe Konzentrationsunterschiede zwischen den einzelnen Konfigurationen auf. Die Verdunstungskühlanlagen erwiesen sich als sehr unterschiedlich mit Legionellen belastet; im Tropfenaerosol dreier Anlagen wurden Legionellen nachgewiesen. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Legionellen in den Aerosolen war nur zum Teil mit der Konzentration an Legionellen im Kühlwasser erklärbar. Zur Einschätzung der Effizienz der Tropfenabscheidung wurde ein mikrobiologischer Luftbelastungsfaktor (MLBF) eingeführt, der unabhängig von der Legionellenkonzentration die mikrobiologische Belastung der Fortluft im Vergleich zu einer unbelasteten Luftreferenzprobe quantifiziert. Zudem wurde der relative Anteil von Legionella pneumophila an der Gesamtkonzentration an Legionellen in die Risikoklassifizierung aufgenommen. Quelle: Foschungsbericht
Gesamtziel des interdisziplinären Verbundvorhabens ULTRA-F ist die ganzheitliche und systematische Untersuchung von Trinkwasser-Installationen (TWI) im Labor, im Technikum sowie im Feldversuch bezüglich des Nachweises der Wirksamkeit der Ultrafiltration, hinsichtlich der Sicherung eines hygienisch einwandfreien Betriebes bei abgesenkten Trinkwarmwasser-Temperaturen, sowie der primärenergetischen Wirkungen und der Effekte der CO2-Emissionsvermeidung. Das Teilprojekt an der TU Dresden verfolgt nachstehende wesentlichen Ziele: 1. Durchführung von Labor- und Technikumsversuchen zum Erlangen von vertieftem Wissen zur Wirkung von ausgewählten Ultrafiltrationsanlagen (UF) an verschiedenen Einbauorten einer Trinkwasser-Installation (TWI) sowie im endständigen, nicht zirkulierenden Bereich im Vergleich zu Betriebsweisen ohne integrierte UF-Anlagen mit besonderem Fokus auf den Nachweis der Wirkungen bzgl. Legionella spp. und L. pneumophila sowie Gesamtzellzahl.
2. Feldversuche: Durchführung von bis zu vier thermohydraulischen Messungen je Feldobjekt (insgesamt werden 12 Feldobjekte angestrebt, Betrieb bei je bis zu 4 Temperaturniveaus), die von den anderen Verbundpartnern betreut werden.
3. Datenbank: Zusammenführen aller Daten der verschiedenen Phasen des Monitorings und der Begehungsprotokolle sowie der trinkwasserhygienischen und wasserchemischen Untersuchungen in Datenbank mit relationaler Verknüpfung und Erstellung entsprechender Datensichten.
4. Mitwirkung am Prozess der Bewertung von Funktionalität, Zuverlässigkeit, Systemsicherheit und insbesondere der primärenergetischen und CO2-seitigen Wirkungen von Systemen mit und ohne UF-Anlagen im Bilanzraum TWI.
5. Koordination des Verbundprojektes, also der Zusammenarbeit zwischen den Partnern sowie der Interaktion mit den Mitförderern, dem Projektbegleitausschuss, dem wissenschaftlichen Beirat sowie der nationalen und internationalen Fachwelt.
Gesamtziel des interdisziplinären Verbund-Vorhabens ist die ganzheitliche und systematische Untersuchung von Trinkwasser-Installationen im Labor, im Technikum sowie im Feldversuch bezüglich des Nachweises der Wirksamkeit der Ultrafiltration, hinsichtlich der Sicherung eines hygienisch einwandfreien Betriebes bei abgesenkten Trinkwarmwasser-Temperaturen, sowie der primärenergetischen Wirkungen und der Effekte der CO2-Emissionsminderung.
Das Teilprojekt am IHPH verfolgt folgende wesentliche Ziele:
1.) Gewinnung neuer Erkenntnisse über die Einsatzmöglichkeiten und die Wirkungsweise von Ultrafiltrationsanlagen (UF) in Trinkwasser-Installationen (TWI) bei gleichzeitiger Temperaturreduktion des Trinkwarmwassers (TWW) aus hygienisch-mikrobiologischer Sicht bzgl. Reduktion und Wiederaufkeimen von Trinkwasser-Mikroorganismen und potentiellen Kontaminationen der TWI bzw. des Wassers mit Legionella spp.
2.) Nutzung verschiedener klassischer mikrobiologischer und neuer molekularbiologischer Analysemethoden zur weitergehenden Bestimmung der Parameter Gesamtzellzahl, Legionella spp., L. pneumophila, P. aeruginosa in TWW und kaltem Trinkwasser (TWK) zur gezielten hygienischen Bewertung des Anlagenzustands und Ableitung von Maßnahmen hinsichtlich weiterem Betrieb der UF und einer möglichen Temperaturreduktion.