Mikrobiologisches Risiko .1 Auftreten von Mikroorganismen

Dies ergibt eine Verminderung von unerwarteten Ausfällen aufgrund von leckenden Röhren mit dem Umweltnutzen einer Verminderung der Emissionen über das Kühlwasser.

Die Anwendung dieser Methode am Standort einer Chemiefabrik ergab eine Verminderung von mehr als 90 % des Prozentsatzes der Auswechslung von Röhren seit der Einführung dieser Methode im Jahr 1990 [Paping, Dow Chemical Benelux Terneuzen, 1999]. Dies führte auch zu einer Minderung der jährlichen Kosten. Die jährlichen Einsparungen aufgrund der Verminderung der Anzahl der Röhren, die auszutauschen waren, waren rund fünfmal so hoch wie die Inspektionskosten. Die Anzahl der unerwarteten Prozessausfälle aufgrund von leckenden Röhren wurde im Lauf der letzten 10 Jahre um 90 % vermindert.

Die hauptsächlichen thermophilen Krankheitserreger, die man in Nasskühlsystemen findet, die mit Flusswasser betrieben werden, sind die Bakterien Legionella pneumophila (Lp) und die Amöbe Naegleria fowleri (Nf). Im Meerwasser können sich einige halophile vibriose Gattungen, krankheitserregend für Fisch oder Mensch, in den Durchlaufkühlsystemen entwickeln. Die erwähnten Gattungen treten in der natürlichen Umgebung in allgemein niedrigen und harmlosen Konzentrationen auf. Aufgrund der erhöhten Temperatur kann in Kühlsystemen eine günstiges Klima vorkommen, das die Entwicklung dieser Bakterien fördert und dies kann zu einem potentiellen Risiko für die menschliche Gesundheit werden. Die Entwicklung der Legionella wird gefördert durch Verschmutzung, das Vorkommen von Amöben, Ziliaten und Algen. Sie wird durch Aerosole verbreitet. Nach einigen großen Ausbrüchen wurden das Auftreten und die Merkmale der Legionärskrankheit (LK) und die Entwicklung der Lp unter medizinischen/ biologischen Gesichtspunkten weitgehend erforscht. Aber viele Punkte im Hinblick auf die chemische und Prozesstechnologie bleiben unklar.

In der Kühlturmfahne eines Naturzugnasskühlturms mit einer beträchtlichen Höhe und einem gut funktionierenden Tropfenabscheider hat die Emission von Bakterien weniger Bedeutung, aber sie ist nicht unmöglich. Eine hohe Konzentration von Lp in der Kühlturmfahne eines Naturzugnasskühlturms wurde berichtet aufgrund von Verschmutzung auf der Innenseite der Betonwand des Kühlturms. Die Schicht hatte sich gelöst und war auf den Tropfenabscheider gefallen [tm145, Werner and Pietsch, 1991].

Das Auftreten von Lp in der Kühlturmfahne von industriellen Ventilatorkühltürmen, die eine viel geringere Höhe haben als Naturzugkühltürme, wurde bei einer Reihe von Anlässen berichtet [tm040, Schulze-Robbecke and Richter, 1994], aber eine klare Ursache und Wechselwirkung zwischen Kühltürmen und dem Ausbruch von LK konnte nicht festgestellt werden. Wo eine Beziehung zwischen Kühlsystemen und einem Ausbruch von LK hergestellt werden konnte, betraf sie immer schlecht gewartete Systeme [Morton et al., 1986].

Typische Bedingungen in Nasskühltürmen, die die Entwicklung von Legionella fördern, sind:

• Die Wassertemperatur in den Kühltürmen liegt zwischen 25 und 50° C,

• der pH-Wert zwischen 6 und 8,

• Verschmutzung liegt vor.

Weniger Informationen wurden gegeben über das Auftreten und die Behandlung anderer Krankheitserreger wie zum Beispiel Nf. Es wurde beobachtet, dass die Entwicklung von Nf durch Messing gehemmt und durch rostfreien Stahl gefördert wird. Die Amöben treten auch reichlicher in offenen rezirkulierenden Systemen auf als in Durchlaufkühlsystemen. Mit Bezug auf die Behandlung von Nf wurden Forschungsarbeiten durchgeführt, nachdem in der Folge eines Austausches der Kondensatoren in einem französischem Kraftwerk erhöhte Konzentrationen (3.000 l^-1) im Kühlwasser der Anlage aufgetreten waren. Kontinuierliche Chlorierung mit einer maximalen Konzentration an freiem Restchlor senkten die Konzentrationen von Nf sofort und die Konzentrationen blieben unter 4 Krankheitserreger/l. [tm 144, Cabanes et al, 1997].

3.7.3.2 Überwachung von Bakterien

Lp-Bakterien werden in Kolonien bildenden Einheiten [colony forming units = CFU] oder CFU pro Liter überwacht und es wird berichtet, dass sie in der Konzentration im Kühlwasser schwanken zwischen sehr niedrig (nach unten bis zu 10 CFU/l) bis sehr hoch (10⁵-10⁶ CFU/l). In Biofilmen wurde Lp in Konzentrationen von bis zu 10⁶ CFU/cm² gefunden.

Für Klimaanlagensysteme werden im UK Werte von 100 – 1.000 CFU angewandt, es ist jedoch nicht klar, ob man dies mit den Konzentrationen in gut gewarteten Nasskühltürmen und dem mit diesen Situationen verbundenen Risiko vergleichen kann. Es wurde eine Empfehlung abgegeben, die Konzentration von Lp unter 10⁴ CFU/l zu halten. Die Quantifizierung von repräsentativen Konzentrationen von Lp in industriellen Nasskühlsystemen und der Konzentration von CFU in Nasskühltürmen, der im Hinblick auf die menschliche Gesundheit noch akzeptabel ist, können weitere Forschungarbeiten erfordern.

3.7.3.3 Techniken zur Verminderung mikrobiologischer Risiken

([038, Millar et al., 1997] und [tm040, Schulze-Robbecke and Richter, 1994], [tm166, Morton et al, 1986] [tm167, Fliermans, 1996], )

Die Kette von Ereignissen, die zu einem Ausbruch von Legionella führt, umfasst:

- Die Entwicklung einer ansteckenden Art von Bakterien im Kühlsystem;

- Bedingungen, die die Vermehrung von Bakterien fördern;

- kontaminiertes Wasser, das als Aerosol an die Atmosphäre abgegeben wird;

- genügend Tröpfchen, die von anfälligen Personen eingeatmet werden.

Die Verhinderung von Legionella sollte deshalb auf der Grundlage der Verhinderung der Entwicklung und Vermehrung von Bakterien im Kühlsystem erfolgen. Besonders in den USA und im UK wurden Empfehlungen für die Verhinderung der LK entwickelt. Die regelmäßige Analyse des potentiellen Reservoirs (z.B. Kühlturm) und zusätzliche routinemäße Wartung, richtige pH- und Temperaturniveaus, angemessene Konzentration von Restbioziden und die Kontrolle der Qualität des Zusatzwassers können das Vorkommen von Umgebungen verhindern, die die Legionella fördern.

Bei der Vehinderung der Bildung von Lp-Bakterien (und anderer) in Kühltürmen sollten die folgenden Maßnahmen angewandt werden:

• Sauberes Wasser verwenden und, falls möglich, das Kühlwasser vorher aufbereiten;

• Prozessleckage in das Kühlsystem vermeiden;

• stehende Bereiche vermeiden;

• die Bildung durch Verminderung der Lichtenergie im Kühlturm verhindern und damit die Algenbildung vermeiden; offene Wasserbecken sind zu vermeiden;

• leichter Zugang für die regelmäßige Säuberung ist zu ermöglichen;

• Verwendung von Tropfenabscheidern, die leicht gesäubert und ausgetauscht werden können;

• die Kaltwassertemperatur so niedrig wie möglich auslegen (geringe Kühlgrenzabstände);

• Verkrustung und Korrosion vermeiden;

• Optimierung der Konstruktion, um die richtige Wasser- und Luftgeschwindigkeit zu fördern;

• Ein Mindestabstand des KT von besiedelten Gebieten kann unmöglich angegeben werden, man sollte aber Überlegungen anstellen, um zu vermeiden, dass die Kühlturmfahne die Bodenhöhe oder besiedelte Gebiete erreicht, falls es der Raum ermöglicht.

• Die Minimierung der Bildung von Kühlturmfahnen sollte die Ausbreitung begrenzen.

Mit Bezug auf den Standort eines Kühlturms wurde eine Wertung des mit einem Kühlturm verbundenen mikrobiologischen Risikos vorgeschlagen. Sie basiert auf der Wirtsbevölkerung und ihrer potentiellen Anfälligkeit. Die Bewertungskategorien sind:

- Kategorie 1: Höchstes Risiko – Kühlturm, der ein Krankenhaus, Pflegeheim oder eine andere Einrichtung der Gesundheitspflege versorgt, die Personen pflegt, die immunologisch geschädigt sind oder ein Kühlturm in deren Nähe (<200 m).

- Kategorie 2: Kühlturm, der eine Ruhstandsgemeinschaft, Hotel oder andere Gebäude versorgt, die eine große Zahl von Menschen beherbergen oder ein Kühlturm in deren Nähe (>200 m).

- Kategorie 3: Kühlturm in einem Industriegebiet in Nachbarschaft zu einem Wohngebiet.

- Kategorie 4: Niedrigtes Risiko – Kühlturm, der von Wohngebieten isoliert ist (>600 m von Wohngebieten).

Auf der Grundlage dieser Bewertung schwankt die Inspektion auf das Vorhandensein von Legionella zwischen monatlich (höchstes Risiko), monatlich bis vierteljährlich (Kat. 2), vierteljährlich bis jährlich (Kat. 3) und einmal im Jahr nach dem Sommer (Kat. 4).

Folgende Maßnahmen werden den Bedienern von Kühltürmen empfohlen:

• Im Fall von Prozessausfällen und Inbetriebnahmen muss Sorgfalt angewandt werden, besonders dann, wenn das Kühlzirkulationssystem länger als 4 Tage ausgefallen ist.

• Die Bediener, die die Kühltürme betreten, sollten vermeiden, die Luft einzuatmen, indem sie Mund- und Nasenschutz verwenden (P3-Maske hat sich bewährt).

• Beim Säubern eines Kühlsystems nach der Entdeckung von Lp ist eine Kombination von mechanischer Säuberung und eine Schockdosage von Biozid einzusetzen.

Zu diesen Empfehlungen können einige zusätzliche Anmerkungen gemacht werden. Nach einem längeren Abschalten ist es dringend erforderlich, das Kühlsystem mit einem Biozid (Chlor) zu behandeln. Falls Beweise für ein schmutziges oder kontaminiertes System vorliegen, einschließlich des Zubehörs wie Schalldämpfung, muss es vor der Inbetriebnahme gesäubert werden und eine Schockbehandlung mit Biozid erhalten. Ein kompetentes Wasserbehandlungsunternehmen sollte diese Behandlung durchführen. Die Desinfizierung des Systems kann erforderlich werden, falls es stark kontaminiert ist.

Die Erfahrung zeigt klar, dass die Behandlung mit Chemikalien hauptsächlich die Bakterien im Wasser behandelt. Um das Kühlsystem gründlicher zu kontrollieren und zu säubern, muss auf Sedimente und Verschmutzung an der Oberfläche des Kühlsystems geachtet werden. Daher die Bedeutung der mechanischen Säuberung.

Die in der Literatur erwähnte Konzentration von freiem Chlor von 50 mg/l ist eindeutig ein Schockdosagenkon-zentration, die nach einem Ausbruch der LK angewandt wurde. Wegen der großen Menge des beteiligten Hypochlorits ist es klar, dass diese Behandlung in einem Kühlturm auf der Ebene der Wartung nicht angebracht ist. Auf jeden Fall würde nach einer Schockdosage die Entgiftung des aufbereiteten Kühlwassers erforderlich;

vorher wurde im Allgemeinen die Ableitung und die Behandlung mit Hydrogensulfit angewandt.

Ein hohes Instandhaltungsniveau ist vorzuziehen, um die Entwicklung von Lp so weit wie möglich zu verhindern. Im Allgemeinen werden oxidierende Biozide zum Abtöten der Legionella im Wasser bevorzugt.

Langsamer reagierende Mittel werden benötigt, um die Bakterien in den Biofilmen anzugreifen. Dies würde dann die Behandlung mit nicht oxidierenden Bioziden erforderlich machen. Von diesen haben die QACs bessere Ergebnisse gezeigt als die Isothiozoline.

In einem kürzlichen niederländischen Bericht [tm155, Berbee, 1999] wurden einige Ergebnisse bei der Verminderung der CFU-Konzentration in Kühltürmen mitgeteilt, die bestätigten, dass eine wirksame Mindestkonzentration von Bioziden noch nicht festgestellt wurde. Man kam zu dem Schluss, dass hohe Konzentrationen an Bioziden erforderlich waren, um die CFU-Konzentrationen zu vermindern, aber sie zeigten nur eine vorübergehende Wirkung. Man muss sich über die Nebenwirkungen von erhöhten Konzentrationen an toxischen Nebenprodukten im Klaren sein. Niedrigere Wassertemperaturen schienen wirkungsvoller zu sein als die Anwendung von Bioziden (Tabelle 3.14), aber dies ist vielleicht nicht in jedem Fall anwendbar.

Untersuchungen über die Wirkung der Behandlung von Protozoen zeigten, dass sehr hohe Konzentrationen benötigt werden, um die Protzoen abzutöten und dass Zysten gegenüber den angewandten nicht oxidierenden Bioziden kaum anfällig sind.

Tabelle 3.14: Auswirkungen der Temperatur und der Behandlung mit Bioziden auf die KBE-Konzentrationen in Kühltürmen

Zitiert aus Kusnetsov durch [tm155, Berbee, 1999]

Kühlturm Wirkung niedrigerer

Temperatur Biozid Konz.

(mg/l) Wirkung von Biozid Anmerkungen

A T 25ºC~10⁵ CFU bis

T 15ºC~10³ CFU PHMB, 3,

Schock Zeitweilig unter Entdeckungsgrenze B T 25ºC~10⁴ CFU bis

T 15ºC~10³ CFU

BNPD, 5, Schock

Zeitweilig unter Entdeckungsgrenze C nicht berichtet PHMB, 2-250,

Schock Nicht klar Wechsel zu Leitungswasser D nicht berichtet PHMB, 4-11,

Schock

Zeitweilig, 10⁴ CFU/l bis 10³ CFU/L E nicht berichtet BNPD, 65-190,

Schock

Zeitweilig, 10⁵ CFU/l bis 10³ CFU/l

Anmerkungen:

PHMB: Polyhexamethylenbiguanidchlorid (QAC) BNPD: Bromnitropropandiol