Beseitigung von Legionellen und Keimen

Da Nasskühltürme immer wieder als Quelle von gefährlichen Keimen identifiziert wurden, strebt die Bundesregierung an, 2016 rechtliche Regelungen für Verdunstungskühlanlagen zu erlassen. Die Betreiber müssen davon ausgehen, dass viele Regelungen der Richtlinie VDI 2047 Blatt 2 – darunter eine Meldepflicht für die Anlagen und ein kontinuierlicher, kontrollierter Einsatz von wirksamen Desinfektionsverfahren – rechtlich verbindlich werden. Beim Einsatz von Desinfektionsmitteln muss man jedoch einige Aspekte beachten.

Bakterien, die im Biofilm von Rückkühlanlagen vorkommen, bilden häufig Resistenzen gegen herkömmliche Desinfektionsmittel. Die aquagroup AG (www.aquagroup.com) hat daher ein Biozid entwickelt, bei dem keine Resistenzbildung gegeben ist. „NADES 2.0“ verfügt über ein breites Wirkspektrum und minimiert Biofilm, so dass der Reinigungsaufwand reduziert und Energie, Zeit sowie Personal eingespart werden können. Das Biozid wird vor Ort aus Salz, Wasser und Strom hergestellt. Risiken und Kosten, die mit dem Transport, der Lagerung und der Handhabung von gefährlichen Chemikalien in der konventionellen Behandlung von Wasser verbunden sind, entfallen völlig. Zudem ist die Anwendung automatisiert; menschliche Fehler, wie bei der manuellen Dosierung herkömmlicher Biozide, sind ausgeschlossen.

„In Nasskühltürmen neigt der gesamte Prozessaufbau zur Biofilmbildung“, erklärt Matthias Schneegans, Techniker und VDI-Sachkundiger bei der aquagroup AG. Biofilme stellen eine symbiotische Lebensgemeinschaft von verschiedenen Bakterien dar, die sich gegenseitig unterstützen, helfen und schützen. Unter anderem gewährleisten sie ideale Bedingungen für das Wachstum von Legionella pneumophila und Pseudomonas aeruginosa, die eine ernste Gesundheitsgefährdung darstellen können. „Das wird beispielsweise durch Tot- und/oder Stichleitungen sowie Stagnation im Wassersystem, bereits kontaminiertes gelagertes Wasser und eine unzureichende Desinfektion begünstigt“, so Schneegans weiter. Legionellen vermehren sich besonders bei Temperaturen zwischen 25 °C und 45 °C. Sie können durch offene Verdunstungskühltürme oder Kühlkreisläufe in die Umgebungsluft gelangen und so als Aerosol eingeatmet werden. Die Folge sind schwere Lungenentzündungen mit möglicher Todesfolge.

Um dieses Gesundheitsrisiko zu senken, erklärt die im Januar 2015 erschienene VDI-Richtlinie 2047-2 daher: „Der Eintrag von einzelnen Legionellen in wasserführende Anlagen kann nicht verhindert werden. […] Zur Minimierung der mikrobiellen Vermehrung und Verminderung der Biofilmbildung durch Hemmung, Inaktivierung oder Abtötung der Mikroorganismen können im Kreislaufwasser Biozide teils allein, teils in Kombination mit anderen Desinfektionsverfahren eingesetzt werden.“ Da die Regelungen der VDI-Richtlinie 2016 voraussichtlich Teil einer Verordnung im Rahmen des Bundesimmissionsschutzgesetzes werden, ist davon auszugehen, dass die bisherige Praxis des unkontrollierten, gelegentlichen Einsatzes von Bioziden bald durch eine permanente Überwachung abgelöst wird. Dies macht die kontinuierliche Anwendung wirksamer Mittel notwendig. Allerdings bilden die im Biofilm vorkommenden Bakterien häufig Resistenzen gegen konventionelle Desinfektionsverfahren, wie beispielsweise die Spülung mit herkömmlichen chemischen Lösungen.

Keine Resistenzbildung

Die aquagroup AG hat ein Biozid entwickelt, bei dem keine Resistenzbildung bekannt ist: Bei „NADES 2.0“ handelt es sich um Natriumhypochlorit auf Elektrolysebasis, das nachweislich über eine bakterizide Wirkung gegenüber Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella entercia, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium, Candida albicans und Legionella spp. sowie über eine sporizide Wirkung gegenüber Bacillus subtilis-Sporen verfügt. Es führt zur Reduzierung des Biofilms in Anlagen und verhindert dessen Neuaufbau, da durch die kontinuierliche Einspeisung des Biozids die extrazellulären polymeren Sub­stanzen (EPS) des Biofilms abgebaut werden. Diese EPS-Schicht schützt die vorhandenen Mikroorganismen und ermöglicht ihnen den Transport von Nährstoffen. „Beim Kontakt mit organischer Substanz reagiert NaOCl ab und verändert so Proteine. Bei entsprechender Konzentration bzw. Einwirkzeit kommt es schließlich zum Absterben des Mikroorganismus“, erklärt Dr. Ulf Kausch, Mitarbeiter in der Wissenschaftlichen Prozessvalidierung der aquagroup AG.

Die zuverlässige Reduktion des Biofilms führt zu einer Minimierung von Stillstandszeiten, Reinigungs- sowie Wartungsaufwand und damit zu Einsparungen bei Energieverbrauch, Zeit und Personalkosten, wie der Einsatz des Biozids in einem renommierten deutschen Forschungszentrum zeigt: „Dort werden in den Kühltürmen Rohrbündel-Wärmetauscher verwendet. Sie werden vom Rückkühlwasser durchströmt, das hygienisch nicht einwandfrei ist, und waren dadurch von Biofilm befallen“, erläutert Kundenbetreuer Werner Jendrzejzyk. Durch diesen Biofilm ergab sich eine Verschlechterung der Effizienz der Wärmetauscher, so dass immer mehr Energie aufgewendet werden musste, um das gleiche Kühlergebnis zu erzielen. Die Einspeisung von „NADES 2.0“ führte dazu, dass sich kein biologischer Belag in den Rohren des Wärmeaustauschers mehr aufbauen konnte. „Ob und wie stark die Wärmeaustauscherflächen durch Biofouling verschmutzt sind, wird über die Temperaturdifferenz ΔT beim Wärmeübertrag ermittelt“, so Jendrzejzyk. „Dabei hat sich herausgestellt, dass nach dem Einsatz unseres Biozids keine Temperaturschwankungen mehr aufgetreten sind, die eine Anpassung der Energiezufuhr erforderlich gemacht hätten.“ Auch der Aufwand zum Reinigen reduzierte sich drastisch.

Biozid-Produktion vor Ort

Das Biozid wird am Ort des Verbrauchs durch einen von aquagroup eigens kon­struierten ECA-Generator mittels speziellem Elektrolyseverfahren erzeugt und direkt verwendet. Der Generator besteht aus einem Elektrokabinett, das die Steuerung beinhaltet, und einem Wasserkabinett, in dem eine Elektrolysezelle, eine Salz- und eine Wasserpumpe sowie ein Lüfter verbaut sind. Zur Herstellung wird ausschließlich Wasser, Strom und Kochsalz benötigt: Die gesättigte Kochsalzlösung wird durch die patentierte Zelle gepumpt, die aus zwei Titan-Elektroden (Anode und Kathode) mit Platin-, Iridium- und Edelmetallbeschichtung besteht. Das Wasser und die enthaltenen Salze werden durch Anlegen einer Elektrodenspannung elektrolytisch gespalten. Da die Elektroden nicht durch eine Membran oder ein Diaphragma voneinander getrennt sind, wird nur ein Medium, also „NADES 2.0“, erzeugt (1-Kammer-System). Das Biozid hat einen Gehalt an freiem aktiven Chlor von circa 5000 ppm, einen pH-Wert von ca. 9,5 und stark oxidierende Eigenschaften. In geringer Konzentration wird es bereits seit Jahren erfolgreich in Trinkwassersystemen und in der Druckwasserwäsche von Biogasanlagen eingesetzt.

Die Biozid-Generatoren werden nach einer Vorabaufnahme des kompletten Kühlanlagensystems individuell den Bedürfnissen des Anwenders entsprechend konfiguriert, im firmeneigenen Werk von aquagroup in der Oberpfalz hergestellt und in der Nähe der Impfstelle durch speziell ausgebildete Mitarbeiter installiert. Die Generatoren sind einfach in der Handhabung, robust und zuverlässig. Die kontinuierliche Produktqualität des Biozids wird außerdem durch ein in die Anlage integriertes Risikomanagement mit präziser Überwachung der Prozessparameter gewährleistet. „Für das Monitoring der Einspeisung und die Steuerung der Dosierung setzen wir je nach projektspezifischen Gegebenheiten Chlor- oder Redox-Messsonden ein, die den Wirkstoffgehalt ständig messen und das Biozid entsprechend dosieren“, erklärt Schneegans. So wird eine Überdosierung verhindert und eine Unterdosierung ausgeschlossen.

Kein Gefahrstoff

Neben dem breiten Wirkspektrum gegenüber Mikroorganismen ist ein wesentlicher Vorteil von „NADES 2.0“, dass es sich dabei im Gegensatz zu einer konventionellen NaOCl-Lösung – und damit auch im Vergleich zu den meisten anderen Bioziden – um keinen Gefahrstoff handelt. Natriumhypochlorit ist erst ab einer Konzentration von fünf Prozent gefahrstoffkennzeichnungspflichtig. Die weitverbreiteten Brom-Chlortabletten und nicht oxidierenden Biozide sind dagegen Gefahrstoffe, die zudem manuell ausgemischt werden und nicht nur das Anlegen von Schutzkleidung, sondern auch den Einsatz eigens geschulten Personals erforderlich machen. Diese Maßnahmen sind bei der in-situ-Produktion von „NADES 2.0“ nicht notwendig, was die Arbeitssicherheit deutlich erhöht – nicht nur, weil das Biozid kein Gefahrstoff ist, sondern auch aufgrund der Generierung vor Ort und der automatischen Dosierung.

Weiterhin entfallen die typischen Transport- und Lagerungskosten, die bei Gefahrstoffen aufgewendet werden müssen: „Das ECA-Gerät stellt aktives Chlor aus einer ungefährlichen Natriumchlorid-Lösung und Strom her. Beides ist leicht zu handhaben und weltweit verfügbar“, so Kausch. „Dadurch reduzieren sich die Risiken, die mit der Distribution, dem Transport, der Lagerung sowie der Handhabung von gefährlichen Chemikalien in der konventionellen Behandlung von Prozess-, Trink- und Poolwasser verbunden sind, erheblich. Die Entsorgung der Kanister entfällt.“ Zudem kann konventionell hergestelltes NaOCl während der Lagerung schädliches Chlorat bilden – eine Gefahr, die aufgrund des On-Demand-Konzepts hier ebenfalls nicht besteht.

Automatisierte Dosierung

Durch die Generierung vor Ort und die automatisierte Einspeisung entfällt außerdem der „menschliche Faktor“, also Fehler, die beim Ausmischen und manuellen Dosieren gemacht werden können. „Bei herkömmlichen Bioziden, bei denen ein händisches Zudosieren notwendig ist, besteht dagegen das Risiko, dass sie in einer zu geringen Menge zugeführt werden und Legionellen sowie andere Keime nicht vollständig abtöten. Zudem sind massive Überdosierungen des Gefahrstoffes möglich“, erläutert Kausch. Da bei „NADES 2.0“ die Resistenzbildung entfällt, muss es auch nicht mit anderen Desinfektionsmitteln kombiniert beziehungsweise mit anderen Bioziden im Wechsel dosiert werden.

Die Biozid-Generatoren sind standardmäßig mit Kapazitäten von 80 bis 1600 gr/h Cl₂ lieferbar, Zellen mit höherer Produktion werden vom Hersteller auf Anfrage individuell konzipiert.Das Biozid ist bei der BAuA registriert und aquagroup durch die ECHA als Wirkstoff- und Produktlieferant in die Art. 95-Liste aufgenommen.