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Sichere Arbeit

Legionellen in Prozesswässern: Projektergebnisse

MIKROBIOLOGIE

Der Endbericht eines AUVA-Projekts liefert neue Erkenntnisse zu Kühltürmen, Kühlschmierstoffen und Prozesswässern der Papierindustrie. Er zeigt auf, wie wichtig Präventionsmaßnahmen zur Verringerung der Gefährdung an konkreten Arbeitsplätzen sind.

Legionellen sind in natürlichen Gewässern vorkommende Bakterien, die sich in bestimmten Milieus stark vermehren und dann Legionellosen auslösen können. Dazu zählt unter anderem die für Menschen gefährliche Legionärskrankheit, eine atypische Lungenentzündung. In "Sichere Arbeit" wurde mehrfach über diese Gefahren berichtet; einige Artikel dokumentieren die bisherigen Ergebnisse von AUVA-Projekten ("Sichere Arbeit" 5/2004, 5/2005, 4/2009). Da die Legionärskrankheit in Österreich meldepflichtig ist, erfasst die nationale Referenzzentrale in der AGES alle Meldungen, analysiert sie und publiziert einen jährlichen Bericht. Im letzten verfügbaren Jahresbericht 2009 gibt eine Tabelle Überblick über die Jahre 1996 bis 2009.
Bei einigen angegebenen Infektionsquellen zeigen sich klare Bezüge zu Arbeitsplätzen im Allgemeinen und zu Prozesswässern im Besonderen. Auffällig ist, dass in fast 50 % der Fälle die Infektionsquelle nicht ermittelt werden konnte.

Bis dato befassten sich nur wenige Studien mit Legionellen in Prozesswässern, obwohl sich vermehrt Hinweise auf Probleme zeigen. Kühltürme beispielsweise brachte man in einigen Fällen mit dem Ausbruch von Legionellosen in Verbindung. Vereinzelt wurden Fälle aus der Papierindustrie gemeldet. In einer top-aktuellen Studie beschäftigt sich nun auch die Europäische Agentur für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit in Bilbao mit den arbeitsbezogenen Aspekten der Legionellen-Problematik und kreierte ein Fact-Sheet zum Thema.

Die Mikrobiologie von Prozesswässern unter der Lupe

Prozesswässer sind meist nährstoffreich, sie bieten Amöben, in denen sich Legionellen vielfach vermehren können, und vielen anderen Mikroorganismen sehr gute Lebensbedingungen. Oft ist die Temperatur in einem Bereich, der Legionellenwachstum ermöglicht (20-55 °C). All das bewog die AUVA zur Durchführung des Projekts "Legionellen in Prozesswässern", um neue Erkenntnisse über die Mikrobiologie in diesem Umfeld zu gewinnen. In Anwendung und Weiterentwicklung molekularbiologischer Methoden sollte dazu beigetragen werden, die Situation in österreichischen Betrieben festzustellen und präventive Maßnahmen an Arbeitsplätzen besser planen und umsetzen zu können.

Projektablauf und -ziele

Für das Projekt wurden drei Branchen bzw. Bereiche ausgewählt und näher untersucht. Ziel war in allen Fällen die Abschätzung des branchen- bzw. prozessspezifischen Risiken in Bezug auf das Auftreten von Legionellen in Prozesswässern und gegebenenfalls die Ausarbeitung von Hilfsmitteln für die Betriebe zur Risikominimierung. Neue Methoden zur Legionellen- und Amöben-Detektion sollten helfen, die biologischen Abläufe in den Wässern besser zu verstehen. Teilnehmenden Betrieben wurde neben der Analyse ihrer Wässer auch eine umfassende Beratung für Prävention und Sanierung kontaminierter Systeme angeboten.

Der Wissensstand über das Legionellenaufkommen variiert stark. Während das Risiko bei offenen Kühltürmen international bereits dokumentiert ist und einige Untersuchungen dazu vorliegen, sind die Kenntnisse bezüglich der Papierindustrie geringer. Zu den Kühlschmierstoffen ist vor allem bekannt, dass sehr hohe Bakterienzahlen auftreten können. Ob auch Legionellen in Kühlschmierstoffen wachsen, wurde bisher noch nicht erforscht. In die AUVA-Untersuchung wurden daher folgende Bereiche/Branchen einbezogen: Kühltürme, die Papierindustrie und Kühlschmierstoffe in der metallverarbeitenden Industrie.

Kühltürme

Offene "nasse" Kühltürme stellen durch Prozesswässer ein bedeutendes und bekanntes Risiko für die Verbreitung von Legionellen dar. Oft windexponiert auf Dächern aufgestellt, ermöglichen sie eine weiträumige Verbreitung von Legionellen über Aerosole. Der schwankende Kühlbedarf führt zu einem typischen saisonalen Wechsel zwischen Perioden mit stagnierendem Wasser und stark durchströmten Bedingungen, was wiederum das Legionellenwachstum bei ungenügender Reinigung und Wartung des Systems begünstigen kann. Verseuchte Kühltürme gefährden nicht nur Mitarbeiter dieser Betriebe, sondern alle Personen in einem Umkreis von einigen Kilometern. Oft ist den Betreibern von Kühltürmen nicht bewusst, dass sie auch für die Gesundheit der Anrainer Verantwortung tragen.

Papierindustrie

Bei der Papierherstellung dient Wasser als Suspensionsmittel, als Transportmittel für Fasern und Füllstoffe, als Lösungsmittel für chemische Hilfsstoffe und als Medium zur Ausbildung der Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Fasern. Wasser spielt in diesem Zusammenhang also eine ganz wesentliche Rolle. Durch die Optimierung und Einengung der Wasserkreisläufe kommt es zur Aufkonzentrierung von Nährstoffen; auch die üblichen Temperaturen vieler Prozesse bieten gute Bedingungen für zahlreiche Mikroorganismen. Somit ist das Wachstum von pathogenen Bakterien wie Legionellen oder Pseudomonaden leicht möglich. Ein aktueller Fall aus Norwegen mit mehreren Todesfällen bestärkte die Motivation, sich mit diesen Wässern zu beschäftigen.

Kühlschmierstoffe

Kühlschmierstoffe werden in der metallverarbeitenden Industrie vor allem beim Schleifen, Drehen, Fräsen und Bohren eingesetzt. Die Besiedlung der Kühlschmierstoffe durch Mikroorganismen ist bekannt, hier werden oft sehr hohe Werte erreicht. Bei intensiver Nutzung der Maschinen kann es zu einer deutlichen Erhöhung der Temperatur und somit einer Annäherung an das Temperaturoptimum der Legionellen kommen. Zudem ist beim Einsatz von Kühlschmierstoffen meist mit intensiver Aerosolbildung und Vernebelung zu rechnen, wodurch sich das potenzielle Risiko für eine Infektion durch Einatmen von Legionellen stark erhöht. Bisher sind keine Untersuchungen dazu bekannt.

Vorgehensweise - Strategie der Beprobung

Für die Papierbranche und die Kühltürme wurden zunächst in mehreren Serien in einer großen Zahl von Betrieben Proben gezogen, um einen Überblick über die Situation in Österreich zu gewinnen. Danach erfolgte für alle drei Branchen eine detailliertere Untersuchung mehrerer Betriebe.

Analysemethoden

Die Basisuntersuchung auf kultivierbare Bakterien wurde entsprechend der klassischen Trinkwasseranalytik von einem dafür akkreditierten Labor durchgeführt. Die Untersuchung umfasste:

  • Koloniezahl von Legionella sp. und Legionella pneumophila
  • Koloniezahl heterotropher Bakterien bei 22°C und 37°C.
  • Koloniezahl von Pseudomonas aeruginosa (teilweise)

Das Labor arbeitet für die Legionellen-Analytik nach der aufwendigen Methode ISO 11731 (inklusive Hitze- und Säurevorbehandlung), die ein Mindestvolumen von 100 mL verwendet und den unterschiedlichen Ansprüchen der sensiblen Legionellenstämme Rechnung trägt. Zusätzlich wurde die Probenaufarbeitung modifiziert und der komplexen Probenmatrix von manchen Prozesswässern angepasst. Parallel dazu analysierte man einen Teil der Proben auch mit molekularbiologischen Methoden. Für Legionella pneumophila kam die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungstechnik (FISH) zum Einsatz, die ohne Vervielfältigungsschritte der Bakterien in einem direkten Verfahren die Zellen artspezifisch für die mikroskopische Auswertung sichtbar macht.
Die Analyse der Amöben erfolgte ebenfalls mittels klassischer Kulturmethode und parallel dazu mit molekularbiologischen Methoden, die zum Teil für diese Studie neu entwickelt wurden (z. B. Nested-PCR für Acanthamoeba sp.). Spezielles Augenmerk legte man auf bereits bekannte Wirtsorganismen der Legionellen wie Akanthamöben, Hartmannellen und Näglerien. Außerdem wurden zehn chemische (Nährstoffparameter und anorganische Ionen) und vier physikalisch-chemische Begleitparameter analysiert sowie Fragebögen zur Betriebsweise der Anlagen eingesetzt. Mittels einer umfangreichen statistischen Auswertung aller erhobenen Daten versuchte man Zusammenhänge und Erklärungsmodelle für das Auftreten von Legionellen zu finden.

Ergebnisse

Kühltürme

Bei der breit gestreuten Untersuchung von 24 Betrieben fanden sich in 57 % der Proben Legionellen, 22 % der Proben waren hoch belastet (> 1000 KBE pro 100 mL). Biozideinsatz zeigte sich als ein wichtiger Parameter für das Vorkommen von Legionellen in Kühltürmen: Allen Proben mit hohen Werten an Legionellen (> 1000 KBE pro 100 mL) war gemeinsam, dass dem Kühlturm laut Fragebogenauswertung kein Biozid zugesetzt worden war. (Zu den Auswertungen siehe Tabelle 3.) Die Ergebnisse aus der wiederholten Beprobung des Kühlturmsystems B über eine ganze Saison zeigen Ähnliches wie jene der ersten Betriebsbeprobungen. Biozideinsatz in ausreichender Dosis macht zumindest Legionellen, die mit der konventionellen Kulturtechnik nach ISO-Norm 11731 gesucht wurden, nicht mehr nachweisbar.

Zusätzlich zur ISO-Methode kam bei dieser Probenserie eine zweite molekularbiologische direkte Detektionsmethode (FISH) zur Anwendung, die auch die "nicht kultivierbaren" Legionellen aufspürt. Über den gesamten Versuchszeitraum wurde eine Restpopulation von nicht kultivierbaren Legionellen im Kühlturm B detektiert. Bei der Beprobung des zweiten Kühlturms (A) über die Sommermonate ließ sich der saisonale Verlauf der Legionellenkonzentration (Kultur und FISH- Ergebnisse) erwartungsgemäß beobachten - mit einer geringen Belastung in den kühlen Frühjahrsmonaten und steigenden Zahlen in den heißen Sommermonaten. Ähnliches gilt für die übrigen untersuchten Bakterien. Vergleicht man die Ergebnisse der Untersuchung mittels Kulturmethode und jene der mit der FISH-Methode zur Legionellen-Detektion  ermittelten Daten, so zeigen sich geringe Zusammenhänge. Die Datenreihen liefern sehr unterschiedliche Bilder der mikrobiologischen Situation. Entsprechend differenziert sind sie zu interpretieren. 

Amöben waren laut dieser Studie sehr häufig in Kühltürmen präsent ; 84 % aller Proben waren mit Amöben besiedelt, die pathogener Natur sein können (z. B. Näglerien, Akanthamöben).  Weiters wurde in acht von 44 Proben unterschiedlicher Kühltürme (Serienbeprobung 2007) das potenziell pathogene Bakterium Pseudomonas aeruginosa in geringen Konzentrationen nachgewiesen.

Papierwässer

Ein großer Teil der papierproduzierenden Betriebe Österreichs konnte für die Teilnahme an dem Projekt gewonnen werden. In einem ersten Durchgang in 17 Betrieben wurden 26 Proben gezogen - als Probenahmestelle hatte man den Spritzwasserbehälter der Papiermaschine bestimmt. In vier Proben konnten Legionellen nachgewiesen werden, in einer davon in erhöhter Konzentration (siehe Tabelle 6). Insgesamt erwiesen sich die angelieferten Proben als äußerst heterogen. Sehr große Unterschiede gab es bei der organischen Belastung und der Konzentration anorganischer Salze. Das Mikroorganismenwachstum war entweder besonders hoch oder besonders gering, was auf sehr unterschiedliche Desinfektionspraktiken in den Betrieben schließen lässt.

Der Betrieb mit dem höchsten ausgewiesenen Wert an Legionellen wurde später noch genauer untersucht. Um die Quelle exakt zu orten, wurden in mehreren Serien weitere 17 Proben aus Teilen der Kläranlage gezogen, die das Wasser zur Kreislaufführung aufbereitet. Schlussendlich ließ sich ein Pufferbehälter als Legionellenherd lokalisieren. Aus diesem Kessel wird nur bei Bedarf Wasser entnommen - ansonsten steht er ohne Umwälzung und ohne Desinfektion mit hohem Sedimentgehalt still.

Umfangreicheren Untersuchungen wurden auch drei weitere Betriebe unterzogen. Dabei stellte man einen deutlichen Zusammenhang zwischen periodischem Stillstand oder Stagnieren des Wassers und vermehrtem Legionellenaufkommen fest. Nahezu die Hälfte aller Papierwässer-Proben war mit Pseudomonas aeruginosa besiedelt, in einigen Fällen mit mehr als 300 KBE pro 100 mL. Im Vergleich zu den Kühlturmwässern (ca. 75 % positive Ergebnisse) traten insgesamt Amöben in weniger Proben auf (ca. 60 % positive Ergebnisse). Als häufigste Amöbengattungen wurden wie auch schon bei den Kühltürmen Akanthamöben und Hartmannellen gefunden.

Kühlschmierstoffe (KSS)

In 30 untersuchten Proben von Kühlschmierstoffen konnten keine Legionellen festgestellt werden, nur eine Probe wies Amöben auf.Trotz mehrfacher Modifikation der Probenaufarbeitung war die Anwendung der molekularbiologischen direkten Detektionsmethode aufgrund der komplexen Probenmatrix nicht möglich. In der mikrobiologischen Analyse fielen die extremen Streuungen der Gesamtkoloniezahlen zwischen nicht nachweisbar und 108 KBE pro 100 mL auf. In vier Proben wurde Pseudomonas aeruginosa gefunden.

Statistische Auswertung

Von den zahlreichen untersuchten chemischen und biologischen Parametern konnten kaum sinnvolle gesicherte Korrelationen zu den Legionellen-Analysenergebnissen hergestellt werden. Keine klaren Zusammenhänge lassen sich zwischen L. pneumophila, den anorganischen Ionen und der Leitfähigkeit herstellen. Es gibt Hinweise, dass Legionellen erst ab einem pH-Wert von 7,0 vorkommen, dass hohe organische Belastung das Legionellenwachstum nicht unbedingt fördert (oder aber die Bakterien unter diesen Umständen nur sehr schwer detektierbar und daher unterschätzt sind). Legionella pneumophila, nach der Standard-ISO-Methode detektiert, ist nur mit ganz wenigen Daten in Zusammenhang zu bringen, das Auftreten dieser Spezies kann daher nur in geringem Ausmaß vorhergesagt werden. L. pneumophila, detektiert mit molekularbiologischen Methoden, folgt eher dem Wachstumsverhalten der allgemeinen mikrobiologischen Parameter, die sich mit Nährstoffverfügbarkeit und Desinfektionsmaßnahmen zum Teil gut erklären lassen. Amöben kommen fast in allen Proben vor, in denen auch Legionellen detektiert wurden (in mehr als 80 % der Fälle). In etwa 70 % aller Proben ohne Legionellen waren auch Amöben nachzuweisen.

Zusammenfassung

Die Studie der AUVA gibt wichtige Aufschlüsse über das mikrobiologische Leben in Prozesswässern. In 30 % aller untersuchten Proben konnten Legionellen nachgewiesen werden, in 17 % der Proben die Art Legionella pneumophila, die für die meisten Fälle von Legionärskrankheit verantwortlich gemacht wird. Bezüglich Legionellen erweisen sich in den ausgewählten Branchen die "nassen" Kühltürme als größte potenzielle Gefahrenquelle für exponierte Personen. Auch in den Papierwässern wurden Legionellen gefunden, allerdings in weit weniger Proben. Auffällig war ein häufiges Auftreten von Pseudomonas aeruginosa in den Papierwässern. In Kühlschmierstoffen konnten hingegen keine Legionellen nachgewiesen werden. Um ein Bild der mikrobiologischen Prozesse in den Prozesswässern zu erhalten, erweisen sich die traditionellen Kulturmethoden als ergänzungsbedürftig. Bereits vorhandene und noch zu entwickelnde molekularbiologische Methoden können wichtige zusätzliche Informationen über das Vorkommen von Legionellen liefern. Die Studie bestätigt die Wichtigkeit, sich mit den mikrobiologischen Verhältnissen in Prozesswässern zu beschäftigen, um Gefährdungen am Arbeitsplatz einschätzen zu können. Eine regelmäßige Analyse der Wässer zusammen mit einer Analyse der Rahmenbedingungen am konkreten Arbeitsplatz trägt dazu bei, sinnvolle Maßnahmen für gesunde Arbeitsplätze zu planen und umzusetzen. Konkretes Ergebnis dieser Studie ist ein Leitfaden zur Prävention von Legionellen in der Papierindustrie, der in Zusammenarbeit mit der ÖZEPA und Mitarbeitern einiger papiererzeugender Betriebe erstellt wurde. Weitere Informationen über Maßnahmen zur Legionellenprävention finden sich in den unten angeführten Quellen bzw. Links.

LINKS UND NÜTZLICHE QUELLEN

Dipl.-Ing. Manfred Hinker,
Fachkundiges Organ
AUVA Hauptstelle,
Abteilung für Unfallverhütung und Berufskrankheitenbekämpfung
Adalbert-Stifter-Straße 65
1200 Wien
Tel +43 1 331 11-598,
Fax: +43 1 331 11-933
manfred.hinker@auva.at 
www.auva.at 

Zusammenfassung

Neue Ergebnisse zu Legionellen in Prozesswässern liefert der Endbericht eines AUVA-Projekts. Untersucht wurden "nasse" Kühltürme, Kühlschmierstoffe aus metallverarbeitenden Betrieben sowie Prozesse in der Papierindustrie. Dabei zeigte sich, dass in durchschnittlich 30 % aller Proben Legionellen nachgewiesen werden konnten, in 17 % der Proben die Art Legionella pneumophila, die für die meisten Fälle von Legionärskrankheit verantwortlich gemacht wird. Während sich insbesondere die offenen Kühltürme und in geringerem Umfang die Papierindustrie als Gefahrenquellen herausstellten, konnten in Kühlschmierstoffen keine Legionellen gefunden werden. Die Autoren der Studie unterstreichen die große Bedeutung von regelmäßigen Untersuchungen und Analysen der Prozesswässer, um gesunde Arbeitsplätze sicherzustellen. Ein konkretes Ergebnis dieses AUVA-Projekts ist ein Leitfaden zur Prävention von Legionellen in der Papierindustrie.

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