Mikrofiltration: Wie Wasserfilter für bakterienfreies Trinkwasser sorgen
Biofilm in Trinkwasserinstallationen ist in vielen Fällen der Grund für erhöhtes Bakterienwachstum. Biofilme kommen in gewissem Maße natürlicherweise in Armaturen und Leitungssystemen vor. Sie bestehen aus miteinander verbundenen Mikroorganismen (Bakterien, Algen, Pilzen ...), haften an wasserberührten Oberflächen und sind gekennzeichnet durch die Bildung einer schleimartigen Schutzmatrix.
99,5 % der Bakterien einer Trinkwasserinstallation leben innerhalb des Biofilms, denn hier finden sie vorteilhafte Wachstumsbedingungen vor (Wasser, Umgebungstemperatur, Nährstoffe ...).
Bei günstigen Voraussetzungen wächst der Biofilm und es werden regelmäßig Teile freigesetzt, die weite Bereiche der Trinkwasseranlage kontaminieren können.
Zahlreiche Faktoren begünstigen innerhalb von Trinkwasserinstallationen die Entstehung von bakteriellen Biofilmen. Zu nennen sind hier vor allem
- Totleitungen,
- wenig durchströmte Bypassleitungen,
- geringe Strömungsgeschwindigkeiten,
- Stagnation durch Betriebsunterbrechungen
- oder der Eintrag von Kontaminationen von außen.
Die Risikofaktoren gelten gleichermaßen für alte wie auch für neue, nach den gültigen Regeln der Technik erstellte Trinkwasseranlagen. Gefährdet sind vorwiegend Entnahmearmaturen im Luft-Wasser-Grenzbereich. Durch stagnierendes, sich erwärmendes Wasser im Armaturenkörper oder durch die Ansammlung von Schmutz und Kalk, bei gleichzeitigem Vorhandensein von Sauerstoff in Strahlreglern oder Luftsprudlern, wird die Ansiedlung von Bakterien wie Legionella spp. oder insbesondere Pseudomonas aeruginosa begünstigt.
Je ausgeprägter der Biofilm, desto höher die Bakterienkonzentration im ausgegebenen Trinkwasser und desto höher das Infektionsrisiko.
In Risikobereichen empfiehlt die WHO Sterilfilter
Mit verfahrenstechnischen Desinfektionsmaßnahmen ist eine vollständige und dauerhafte Beseitigung sämtlicher Krankheitserreger im Trinkwasser nicht möglich. Zudem sind diese Verfahren aufwendig und mit zahlreichen Risiken behaftet.
Um die Nutzer in Hochrisikobereichen vor wassergängigen Erregern zu schützen, wird daher häufig der Einsatz endständiger Sterilfilter empfohlen. In vielen Gesundheitseinrichtungen kommen, in Anlehnung an die Empfehlung der Weltgesundheitsorganisation (WHO), sogenannte Wassersicherheitspläne bzw. Water safety plans (WSP) zum Einsatz. Diese Wassersicherheitspläne sehen typischerweise drei Risikobereiche mit unterschiedlichen Anforderungen an die mikrobiologische Wasserqualität vor.
Risikobereich 1:
- Zu diesem Bereich zählen Stationen, in denen besonders gefährdete Patienten behandelt werden, beispielsweise Intensivstation, Stationen der Hämatologie/Onkologie oder der Neonatologie.
Risikobereich 2:
- Die Stationen dieses Bereichs beherbergen Patienten mit einem mittleren Risiko, beispielsweise Weaning-Stationen oder periphere Stationen.
Risikobereich 3:
- Hierunter fallen Patienten, deren Infektionsrisiko weitgehend dem der Normalbevölkerung entspricht.
Für hochgradig immunsupprimierte Patienten empfiehlt das Robert-Koch-Institut die Verwendung sterilen oder steril filtrierten Wassers. Dies betrifft in der Regel die Patienten des Risikobereichs 1. Auch das zur Endoskopieaufbereitung oder zur Wundspülung verwendete Wasser sollte laut Robert-Koch-Institut frei von humanpathogenen Keimen sein.
Die Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH) gibt sogar vor, dass medizinische Einrichtungen mit hohem Risiko – sofern nicht routinemäßig endständige Filter verwendet werden – in ausreichender Zahl Wasserfilter vorhalten müssen. Ziel ist es, zentrale Bereiche im Falle eines Ausbruchs von P. aeruginosa umgehend mit endständigen Filtern ausstatten zu können.
Als medizinische Einrichtungen mit hohem Risiko gelten Intensivstationen, Transplantationsstationen, Hämato-Onkologie, Neonatologie, Mukoviszidose- und Verbrennungsstationen.
Doch es ist nicht nur der Gesundheitsbereich, sondern auch der öffentliche Bereich betroffen. So hält auch das DVGW-Arbeitsblatt W 556 „Hygienisch-mikrobielle Auffälligkeiten in Trinkwasser-Installationen; Methodik und Maßnahmen zu deren Behebung“ fest, dass Bakterienfilter eine zulässige Sofortmaßnahme bei festgestellten Kontaminationen darstellen.
Generell ist bei endständigen Wasserfiltern auf vier Dinge zu achten: die Standzeit, die Filtrationsoberfläche, die Größe sowie der Montageaufwand. Außerdem sollten geprüfte Testergebnisse zur Bakterienretention vorliegen.
Standzeit: Auf dem Markt gibt es eine Vielzahl von Anbietern, bei denen sich die Standzeit teilweise sehr stark unterscheidet: Einerseits sollte man den Aufwand zum Auswechseln der Filter berücksichtigen, denn je öfter ein Filter gewechselt werden muss, desto mehr Zeit und Personal ist dafür nötig.
Zu lang sollte die Standzeit andererseits aber auch nicht sein, denn eine zu lange Standzeit birgt Risiken. Die Erklärung: In den meisten Fällen werden die Filter kurativ, das heißt bei einer Kontamination, und nicht präventiv eingesetzt.
Das bedeutet, dass die Trinkwasserinstallation bereits eine erhöhte Anzahl an pathogenen Bakterien enthält. Wenn in diesem Fall ein Filter eine Laufzeit von mehreren Monaten (wie z. B. sechs Monaten) besitzt, wird die Bakterienkonzentration vor dem Filter seitens der Trinkwasserinstallation bzw. der Armatur erheblich erhöht. Dies führt dazu, dass die Bildung von Biofilm in der Trinkwasserinstallation Ausmaße annimmt, die kaum noch zu beseitigen sind.
Handelt es sich um einen präventiven Filtereinsatz, so entsteht das Risiko, die eventuell intakte Trinkwasserinstallation dadurch langfristig zu kontaminieren. Mittlere Filterstandzeiten ermöglichen es, die im und vor dem Filter zurückgehaltenen Bakterien regelmäßig durch den Wechsel zu entfernen.
Die Standzeit ist also so zu wählen, dass sie lang genug ist, um den Wechselaufwand so gering wie möglich zu halten, und kurz genug, um die Kontamination der Trinkwasserinstallation nicht irreversibel zu verschlechtern.
Trinkwasserinstallationen können in kleinerem oder größerem Umfang mit Schmutzpartikeln kontaminiert sein. Dies kann früher oder später zum Zusetzen des Wasserfilters führen.
Eine Vorfiltration an verschiedenen Stellen der Trinkwasserinstallation kann in jedem Fall helfen, übermäßige Einspülungen zu vermeiden, z. B. durch Schwebstoffe und/oder Kolloide, und reduziert das Bakterienwachstum in der Trinkwasserinstallation. So wird die Lebensdauer der gesamten Ausstattung drastisch erhöht.
Filtrationsoberfläche: Die Filtrationsoberfläche variiert stark, je nach Hersteller und eingesetztem Verfahren (flache Membran vs. Hohlfasermembran): Während Filter mit flacher Membran meist eine Oberfläche von ca. 500 cm² besitzen, können Filter mit Hohlfasermembranen das Dreifache erreichen, bei gleicher Produktgröße.
Generell gilt, dass große Filtrationsoberflächen auch größere Wassermengen filtern können und so eine bessere Durchflussmenge an der Entnahmestelle erreicht werden kann. Außerdem kann eine große Filtrationsoberfläche größere Mengen an Bakterien und Schmutzpartikeln aufnehmen und setzt sich nicht so schnell zu.
Größe: Auch die Größe der Wasserfilter spielt schon allein aus hygienischer Sicht eine große Rolle: Denn je näher der Filter am Ablaufventil ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit für Rückkontamination durch Wasserspritzer. Auch bei starker Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Nutzers können Keime durch Berührung von außen auf den Filter gelangen und die bakteriologische Unbedenklichkeit des entnommenen Wassers gefährden.
Die Auslaufhöhe der Armatur wird nämlich durch die Größe des angebrachten Filters reduziert. Aus diesen Gründen ist ein kompakter Filteraufbau von essenzieller Bedeutung. Interessant in diesem Zusammenhang sind auch sogenannte Filterausläufe, die die Auslaufhöhe der Armatur nicht verändern, da sie den herkömmlichen Auslauf einfach ersetzen.
Montage: Um den Aufwand für den Austausch der Filter bei laufendem Betrieb so gering wie möglich zu halten, sollte die Montage und Demontage der Filter so einfach wie möglich sein. Die meisten marktüblichen Filter werden mit Schnellkupplungen angebracht.
Es gibt auch Modelle, wie zum Beispiel Filter-Handbrausen, die direkt im Brauseschlauch verschraubt werden können. Hier wird keine Schnellkupplung benötigt und auch aus hygienischer Sicht ist diese Lösung vorteilhaft, denn so erfolgt keinerlei Handkontakt mit der Verbindungsstelle. Gerade bei sterilen Filtern können schon an dieser Stelle bei nicht fachgemäßer Anbringung Keime (zum Beispiel aus dem Brauseschlauch) an den Filter gelangen.
Für den Praxiseinsatz ist zudem relevant, dass ein zu verwendender Filter mit den gängigen chemischen und thermischen Desinfektionsmaßnahmen kompatibel ist. Generell verkürzen Desinfektionsverfahren die Standzeit von Filtern, da die im Laufe der thermischen oder chemischen Desinfektion ausgeschwemmten Schmutzpartikel vom Wasserfilter aufgenommen werden. Es wird empfohlen, die Filter nach einem solchen Desinfektionsverfahren auszutauschen.
Die endständige Mikrofiltration gilt als leistungsfähigstes Verfahren zur Bereitstellung steril filtrierten Wassers („bakterienfreies Trinkwasser“) an der Entnahmestelle. Dabei handelt es sich um ein physikalisches (mechanisches) Membrantrennverfahren mit einer Porengröße von maximal 1 µm.
Bei der endständigen Filtration werden hauptsächlich zwei Membrantypen unterschieden: flache Membranen und Hohlfasermembranen.
Mikrofiltration mit Hohlfasertechnologie gilt als wirksamste Lösung
Die Technologie der Filterung durch Hohlfasermembranen wurde in den 70er-Jahren entwickelt und gilt als wirksamste Lösung zur Reinwasseraufbereitung. Sie ermöglicht auch Verfahren der Ultrafiltration (0,001 µm), die in verschiedensten Bereichen zur Anwendung kommen (Privathaushalte, Gesundheitswesen, Industrie ...).
Die Hohlfasermembrantechnologie ist durch eine deutlich größere Filtrationsoberfläche gekennzeichnet und kann daher auch eine wesentlich höhere Wassermenge filtrieren (in vielen Fällen ist die Filtrationsoberfläche bis zu dreimal größer als bei flachen Membranen).
Somit ist auch eine deutlich größere Aufnahme von Bakterien und Schmutzpartikeln möglich, was ein Zusetzen des Filters verlangsamt und seine Standzeit erhöht. Zudem sind diese Bakterienfilter äußerst kompakt aufgebaut und können daher an nahezu allen Armaturen eingesetzt werden.
Solche Wasserfilter bestehen meist aus Polyethylen-Hohlfasern, die zu sogenannten Filtermodulen zusammengefasst werden. Diese feinen und biegsamen Fasern haben einen Außendurchmesser von weniger als 1 mm und eine Wandstärke von wenigen Mikrometern.
Die Membranfläche ist somit innen hohl und halmförmig (kleine Röhrchen). Mikroporöse Struktur bedeutet dabei, dass sich in den Wandungen der Hohlfasermembran unzählige Poren mit unterschiedlichen Größen befinden.
Jede Membran setzt sich aus mehreren mikroporösen (mit winzigen Poren durchsetzten) Schichten zusammen. Alle Bakterien und Schwebstoffe mit einer Größe von mehr als beispielsweise 0,2 µm (je nach Hersteller) werden sicher an den Wandungen der Membran zurückgehalten.
Lösungen zur Bereitstellung von bakterienfreiem Trinkwasser
Kuhfuss Delabie bietet eine komplette Produktreihe von Wasserfiltern zur einmaligen Verwendung an: Biofil-Kartuschen, -Handbrausen und -Ausläufe. Die Bakterienfilter sind in den Kategorien non-steril (maximale Standzeit 62 Tage, für nichtmedizinische Anwendungen) oder steril erhältlich (maximale Standzeit 62 Tage, für medizinische/sterile Bereiche). Der Hersteller setzt für die Filter die Hohlfasermembrantechnologie ein, die alle Bakterien und Schwebstoffe mit einer Größe von mehr als 0,1 µm herausfiltert.
Mit dieser Porengröße wird so laut Anbieter eine Wasserqualität ohne mikroorganische Beeinträchtigungen gewährleistet, und das bei einem kompakten Filteraufbau. Die Biofil-Wasserfilter sind gemäß Standardtestverfahren ASTM F838 validiert. Durch diesen Test wird die Wirksamkeit der Filter zur Entfernung von Bakterien und somit zur Sterilfiltration von Flüssigkeiten sichergestellt. Weitere Infos zum Thema unter
