Bakterienkontrolle in industriellen Wassersystemen

Als in der Umwelt weitverbreitetes Stäbchenbakterium besiedelt Pseudomonas aeruginosa Gewässer und Böden. Der Keim ist genügsam, widerstandsfähig und hartnäckig – er benötigt zum Überleben nicht viel mehr als ein wenig Feuchtigkeit und kann sogar in Desinfektionsmitteln überdauern. Der Grund für die Hartnäckigkeit des Erregers: Das Bakterium verfügt über verschiedene Abwehrmechanismen, die es unempfindlich gegen eine Vielzahl von Antibiotika machen.

Als wahrer Stoffwechsel-Künstler kann P. aeruginosa zum Beispiel antibiotische Wirkstoffe unschädlich machen, indem er ihre Molekül-Strukturen in unwirksame Bausteine umformt. Eine weitere Strategie, die sich das Bakterium häufig bei einer chronischen Besiedelung zunutze macht, ist das „Verstecken“. Mittels einer selbstproduzierten, dicken Schleimschicht, die die Keime umschließt, schirmen sich die Bakterien nicht nur gegen Antibiotika ab, auch dass Zellen des menschlichen Immunsystems den Erreger aufspüren, verhindert dieser sogenannte Biofilm.

Widerstandsfähig und ein Biofilm-Spezialist

In industriellen Anwendungen stellt P. aeruginosa eine erhebliche Gefahr dar, insbesondere in Prozess- und Trinkwassersystemen. Die Fähigkeit, Biofilme zu bilden, macht die Bakterien widerstandsfähiger gegenüber Reinigungs- und Desinfektionsmaßnahmen und somit schwer kontrollierbar. Dies hat weitreichende Folgen für verschiedene Industriezweige:
Infektionsrisiken für Menschen: In medizinischen Einrichtungen ist P. aeruginosa ein Erreger nosokomialer Infektionen – also einer Infektion, die im Zusammenhang mit einer ambulanten oder klinischen Maßnahme steht. Besonders gefährdet sind immungeschwächte Patienten und solche mit chronischen Erkrankungen wie Mukoviszidose. Die Infektionen sind oft schwer zu behandeln und können lebensbedrohlich sein.

Korrosion von Rohrleitungen: Das Bilden von Biofilmen kann die Integrität von wasserführenden Systemen beeinträchtigen. Mikroorganismen, die sich in den Biofilmen befinden, fördern die Korrosion von Metall­oberflächen und verursachen so wirtschaftliche Schäden durch verstärkten Wartungsaufwand und Reparaturen.

Produktverunreinigungen: In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie kann die Anwesenheit von P. aeruginosa zu erheblichen Qualitätsproblemen führen. Kontaminationen wirken sich negativ auf die Produktsicherheit und -qualität aus, was zu Rückrufen und Imageschäden führen kann.

Frequenztechnologie zur Keimkontrolle

Die Kontrolle von P. aeruginosa und den durch diese Bakterien gebildeten Biofilmen stellt die industrielle Wasseraufbereitung vor Herausforderungen. Denn in wasserführenden Systemen wie Kühltürmen und geschlossenen Wasserkreisläufen führt die Präsenz von P. aeruginosa neben einer verstärkten Korrosion von Rohrleitungen auch zu einer verringerten Effizienz von Wärmeaustauschprozessen.

Der Biofilm besteht aus einer komplexen extrazellulären Matrix, die die Bakterien schützt und ihnen erlaubt, sich gegenüber antimikrobiellen Mitteln und mechanischen Reinigungsprozessen zu behaupten. Traditionelle chemische Bekämpfungsmaßnahmen, wie der Einsatz von Bioziden, sind zwar weit verbreitet, gehen jedoch mit Nachteilen einher: Neben möglichen Umweltbelastungen und dem Entstehen resistenter Stämme sind sie kostenintensiv und erfordern ein kontinuierliches Überwachen.

In diesem Kontext hat sich die Frequenztechnologie als eine vielversprechende, chemiefreie Alternative zur Kontrolle von Bakterien und Biofilmen herausgestellt. Diese Technologie arbeitet mit elektromagnetischen Impulsen, die in die bakterielle Struktur und Kommunikation eingreifen – sie beeinflusst das Quorum Sensing, der Prozess, den Bakterien nutzen, um ihre Populationsdichte zu messen und die Bildung von Biofilmen zu koordinieren. Die Störung des Quorum Sensing schränkt die Fähigkeit von Pseudomonas, Biofilme zu bilden und sich zu vermehren, signifikant ein. Zudem destabilisieren die Impulse bestehende Biofilme, wodurch diese leichter entfernbar sind.

Eine kürzlich von Aqua Energy, einem Anbieter von physikalischer und kontinuierlicher Wasserbehandlung mittels Frequenz-Impulstechnologie, beauftragte wissenschaftliche Studie in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) hat die Wirksamkeit der Frequenztechnologie bestätigt. Die Ergebnisse sowie die Praxisbeispiele belegen wiederholt, dass das Behandeln von wasserführenden Kühlsystemen mit Frequenztechnologie P. aeruginosa um 99,9 % reduziert.

Die Studie beschreibt, wie die Frequenztechnologie genutzt wird, um P. aeruginosa zu kontrollieren und Biofilme in industriellen Wassersystemen zu reduzieren. Besonderes Augenmerk wird auf die Mechanismen der Technologie, ihre Vorteile gegenüber herkömmlichen chemischen Methoden und die Herausforderungen bei ihrem Implementieren gelegt. Die vielversprechenden Resultate der Kooperation mit dem Leibniz-Institut demonstrieren, dass diese chemiefreie Methode nicht nur die Betriebseffizienz verbessert, sondern auch die Umweltbelastung reduziert und die Betriebskosten langfristig senkt.

Kontrolle von Wasserparametern

Im April 2023 wurde die Regel 3.003 des Bundesindustrieverbands Technische Gebäudeausrüstung (BTGA) durch die Richtlinie VDI/BTGA 6044 ersetzt. Diese neue Richtlinie erweitert die Vorgaben und Empfehlungen, um Schäden in Kaltwasser- und Kühlkreisläufen mit Temperaturen von -20 °C bis 40 °C zu vermeiden. Sie basiert auf der BTGA-Regel 3.003 und ist ein gemeinsames Projekt des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) und des BTGA.

Die VDI/BTGA 6044 enthält detaillierte Anforderungen an die Wasserqualität, um mikrobiologische Belastungen, einschließlich Pseudomonas, zu minimieren. Sie betont die Bedeutung regelmäßiger Inspektionen und Wartungen sowie die Kontrolle von Wasserparametern wie pH-Wert und Leitfähigkeit. Zudem werden Maßnahmen beschrieben, um die Biofilmbildung zu vermeiden und die Trinkwasserhygiene sicherzustellen.

Die neue BTGA-Regel vom VDI wurde eingeführt, um den Umgang mit P. aeruginosa in technischen Systemen besser zu regulieren – sie zielt darauf ab, die Risiken durch diese Bakterien im Prozesswasser zu minimieren und Standards für Hygiene und Desinfektion festzulegen. Die Aufnahme dieser Regel ist eine Reaktion auf die zunehmenden Herausforderungen im Management von Wasserqualität und der Bekämpfung von multiresistenten Keimen.