Parasiten und Viren mikrobiologische Anforderungen an das Rohwasser

1.1 Einleitung
1.2 Biologie
1.3 Vorkommen von enteralen Parasiten und Viren in Rohwässern
1.4 Herkunft von enteralen Parasiten und Viren
1.5 Hygienische Bedeutung von Parasiten und Viren im Wasser
1.6 Zusammenfassung

1.1 Einleitung

In der novellierten Trinkwasserverordnung heißt es "Wasser für den menschlichen Gebrauch muss frei sein von Krankheitserregern". Allerdings wird fixiert, dass Krankheitserreger nicht in Konzentrationen enthalten sein dürfen, die eine Schädigung der menschlichen Gesundheit besorgen lassen.

Der Begriff "Krankheitserreger" bedeutet, daß auch Viren und Parasiten in Betracht zu ziehen sind. Aus methodischen Gründen war die Bedeutung der viralen und parasitären Krankheitserreger lange Zeit nicht fassbar; mit der Entwicklung der entsprechenden Untersuchungstechniken ist ihre Relevanz jedoch deutlich geworden; so haben sie etwa in den USA vielfach wasserbedingte Epidemien verursacht, wie einer Zusammenstellung der CDC [1] zu entnehmen ist [Tabelle]. Dabei ist allerdings zu beachten, dass in den USA das Multibarrierensystem nicht so gehandhabt wurde wie in Deutschland, und die hier allgemein anerkannten Regeln der Technik in den USA nicht gesetzlich verankert sind.

In Deutschland ist bisher nur ein Fall von Giardiasis im Zusammenhang mit kontaminiertem Trinkwasser beschrieben; hierbei wurden die anerkannten Regeln der Technik nicht eingehalten und das Multibarrierensystem nicht beachtet.

Tabelle: Durch Bakterien, Viren und Parasiten verursachte Trinkwasserepidemien in den USA (1971-1994)  

Erreger Anzahl der Epidemien Erkrankte Personen
Giardia 127 27.259
Cryptosporidium

19

421.202
Hepatitis A 30 853
Norwalk-like Virus 24 10.908
Shigella sp. 66 10.731
Campylobacter sp. 16 5.480
Salmonella sp. 13

2.995

Salmonella typhi 7 293
E.coli 0157:H7 3 489
Andere Ursachen 17 3.128
Chemische Agenzien 71 4.333
Gastroenteritis
(ohne Erregernachweis)
347 83.107

Gesamtzahl

740

570.778

 

1.2 Biologie

1.2.1 Parasiten

Intestinale parasitäre Protozoen zeichnen sich unabhängig von ihrer taxonomischen Zugehörigkeit durch die Bildung resistenter Dauerstadien aus, deren Übertragung und Verbreitung in erster Linie über die Umwelt erfolgt. Von humanpathogener Bedeutung sind hierbei v. a. Vertreter der Gattungen Entamoeba, Acanthamoeba, Giardia, Balantidium, Isospora, Sarcocystis, Cryptosporidium, Cyclospora, Toxoplasma und Microsporidium. Prinzipiell sind alle diese Parasiten auch über das Wasser übertragbar, eine wesentliche Bedeutung als Verursacher von trinkwasserbedingten Masseninfektionen kommt jedoch derzeit nur zwei von ihnen zu, nämlich Giardia lamblia und Cryptosporidium parvum.

Die Infektion mit diesen Parasiten erfolgt direkt (ohne Wirtswechsel) auf fäkal-oralem Wege über Zysten bzw. Oozysten. Beide verursachen Diarrhoen und allgemeine gastrointestinale Erscheinungen. Diese halten bei der Kryptosporidiose durchschnittlich 3 14 Tage an, bei der Giardiasis Wochen bis Monate. Die Bildung und Ausscheidung von infektiösen Oozysten bzw. Zysten setzt nach durchschnittlich 1 Woche bzw. nach 2 4 Wochen ein; sie kann bei beiden Parasitosen auch nach Sistieren der klinischen Beschwerden noch einige Zeit anhalten.

1.2.2 Viren

Die enteralen Viren, die durch eine Vermehrung im Magen-Darm-Kanal charakterisiert sind, gehören verschiedenen Virusfamilien an: Adenoviren, Rotaviren, Astroviren, Caliciviren, Enteroviren.

Die genannten enteralen Virusfamilien weisen eine sehr unterschiedliche Morphologie auf, ihnen allen gemeinsam ist jedoch der Umstand, dass es sich um unbehüllte Viren handelt, die wegen des Fehlens der empfindlichen Lipidhülle umweltstabil sind und über diese verbreitet werden können. Die durch die enteralen Viren verursachten Infektionen führen zum überwiegenden Teil zu gastrointestinalen Erkrankungen, die in der Regel mehrere Tage, bei Kindern sogar mehrere Wochen andauern und in der Folge zu bedrohlichen Malabsorptionssyndromen führen können.

Eine Ausnahme stellen hier die Enteroviren dar. Alle Vertreter dieser Virusfamilie verursachen systemische Erkrankungen, die sich allgemein unter dem Bild einer "Sommergrippe" äußern; darüber hinaus sind jedoch Komplikationen gefürchtet, bei denen es zu einem Befall des zentralen Nervensystems mit z. T. bleibenden Schäden kommt.

 

1.3 Vorkommen von enteralen Parasiten und Viren in Rohwässern

1.3.1 Parasiten

Giardien und Kryptosporidien sind auch in Deutschland verbreitet [Tabelle]. So haben umfangreiche Untersuchungen des Landesgesundheitsamtes von Flusswässern, Seewässern und Karstwässern in Baden-Württemberg gezeigt, dass sich in bis zu 50 % dieser Wässer Dauerstadien dieser Parasiten nachweisen lassen. Die mittleren Parasiten-Zahlen waren hier allerdings mit 1 5 Zysten und 5 8 Oozysten relativ niedrig. In Nordrhein-Westfalen wurden z. T. vergleichbare Werte gemessen z. T. fanden sich aber auch wesentlich höhere Parasitenzahlen mit durchschnittlich 88 Giardien und 115 Kryptosporidien pro 100 Liter (Karanis, pers. Mitteilung).

Tabelle: Ergebnisse der Untersuchungen von Rohwässern auf Kryptosporidien und Giardien Untersuchungszeitraum 1992-2001

Parasit

Gewässertyp

Proben insgesamt

Proben positiv

Mittlere Zystenzahl/100 L Wasser

Giardien

Oberflächenwasser

212

45

5,3

 

oberflächenwasser-beeinflusstes Grundwasser (Karstwasser)

66

4

0,3

 

Grundwasser (nicht oberflächenwasser-beeinflusst)

6

0

0

Krypto-sporidien

Oberflächenwasser

245

65

5,5

 

oberflächenwasser-beeinflusstes Grundwasser (Karstwasser)

79

27

7,9

 

Grundwasser
(nicht oberflächenwasserbeeinflusst)

6

0

0

 

1.3.2 Viren

Enterale Viren sind fast immer nachweisbar, wie die summarische Aufstellung der im Landesgesundheitsamt Baden-Württemberg zwischen 1997 und 1999 untersuchten Oberflächenwässer (n = 165) zeigt [Abbildung 1]. Dies betrifft vor allem Adenoviren (in 70 % der Proben) und Rotaviren (in 50 % der Proben); Enteroviren waren etwa in einem Viertel der untersuchten Proben nachweisbar, Norwalkviren dagegen fanden sich nur sporadisch, Astroviren konnten in keinem Fall nachgewiesen werden. Bei den Oberflächenwasser beeinflussten Grundwässern [Abbildung 2] ist die Zahl der Virus-positiven Proben mit ca. 20 % insgesamt deutlich geringer. Den weitaus größten Anteil nehmen hier Rotaviren ein, Adenoviren und Enteroviren treten nur vereinzelt auf, Norwalkviren und Astroviren waren in dieser Untersuchungsserie in keinem Fall nachzuweisen.

Abb. 1 : Ergebnisse der Untersuchungen von Oberflächenwässern auf enterale Viren

Abb. 2: Ergebnisse der Untersuchungen Oberflächenwasser beeinflusster Grundwässer auf enterale Viren

1.3.3 Korrelation zu Fäkalindikatoren

Bei den Untersuchungen der Rohwässer auf Parasiten und Viren wurden begleitend stets auch die Fäkalindikatoren bestimmt.

Dabei zeigte sich bei den Parasiten und Viren eine deutliche positive Korrelation: Bei allen positiven Parasiten- und Viren-Befunden konnten auch Fäkalindikatoren nach TrinkwV nachgewiesen werden.

Umgekehrt muss beim Nachweis von Fäkalindikatoren nach TrinkwV auch stets mit einer viralen oder parasitären Belastung gerechnet werden: Bei Untersuchungen an 3 verschiedenen Flüssen, die in 100 % der Proben (n = 25, n = 39, n = 21) bakterielle fäkale Belastungen aufwiesen, ließen sich in 77 % bis 100 % auch enterale Viren nachweisen, deren Verteilungsmuster dem oben summarisch dargestellten weitgehend entsprach. Bei der Untersuchung eines stehenden Gewässers fanden sich zu 100 % bzw. 90 % (n = 20/17) Escherichia coli im Wasser, enterale Viren in 35 bzw. 16 % der Proben. Bei Karstquellen zeigte sich ein ähnliches Bild: Bei der untersuchten Quelle fanden sich zu 100 % (n = 21), Escherichia coli, in 38 % auch enterale Viren. Bei zwei Grundwasserentnahmestellen fand sich übereinstimmend bei jeweils 19 Proben eine nur geringe bakterielle Belastung (1,6 % bzw. 1,1 %) und ebenso eine minimale virale Belastung (in einer Probe Nachweis von Rotaviren).

Im Rohwasser wurde eine -prinzipiell mögliche- negative Korrelation zu Fäkalindikatoren (Nachweis von Parasiten und Viren bei fehlendem Nachweis von Fäkalindikatoren) nicht beobachtet.

 

1.4 Herkunft von enteralen Parasiten und Viren

1.4.1 Parasiten

Sowohl bei der Kryptosporidiose als auch bei der Giardiasis handelt es sich um Zoonosen [17]; nach WHO-Definition sind dies Krankheiten und Infektionen, die auf natürlichem Weg zwischen Wirbeltieren und Menschen übertragen werden.

Kryptosporidien zeichnen sich durch eine ausgeprägte Wirtsunspezifität aus. Bei der humanpathogenen Art, Cryptosporidium parvum geht man davon aus, daß sie alle Säugerarten zu infizieren vermag. Es handelt sich dabei vor allem um eine Jungtiererkrankung, wovon hierzulande vor allem Kälber und Lämmer betroffen sind. Durchfallkälber sind in Deutschland bis zu 40 % mit C. parvum infiziert, regional sollen latente Infektionen in einer Häufigkeit von 85 100% vorkommen.

Im Gegensatz zu den Kryptosporidien galten Giardien lange Zeit als wirtsspezifisch, später zeigte sich jedoch, dass hier keine ausgeprägte Wirtsspezifität vorliegt; so ließen sich auch Hunde, Katzen, Biber, Bisams, Schafe, Rinder und andere Tierarten mit menschlichen Giardia-Isolaten infizieren.1979 wurde die Giardiasis von der WHO zur Zoonose erklärt. Bei Kryptosporidien und Giardien sind demnach Gülle bzw. tierische Exkremente zu einem wesentlichen Teil für den Eintrag der Parasiten in Oberflächengewässer verantwortlich.

Aber auch der Mensch trägt seinen Teil dazu bei. Dies ist am ausgeprägtesten in Entwicklungsländern, wo sich etwa bei der Giardiasis Prävalenzraten bis zu 30 % finden. In Mitteleuropa dagegen werden für die Giardiasis Werte von nur 1 % angegeben [9], für die Kryptosporidiose von nur 0,5 %, wobei allerdings bemerkenswerterweise speziell im ersten Lebensjahr Kryptosporidien zu den häufigsten Verursachern von Durchfallerkrankungen zählen.

1.4.2 Viren

Im Unterschied zu den Parasiten gibt es keinen Beleg dafür, dass menschliche Darmerkrankungen durch tierische enterale Viren verursacht werden können. Offenbar sind enterale Viren keine Zoonoseerreger sondern vielmehr rein humaner Herkunft. Dies lässt sich aus quantitativen Virus-Untersuchungen von Oberflächenwässern und Kläranlagenabläufen ersehen: So findet sich z. B. bei den mit dem PFU-Verfahren ermittelten Enteroviren [Abbildung 3] ein ausgeprägter Sommergipfel, wo hingegen sie in der kalten Jahreszeit nicht nachweisbar sind (aufgrund dieser jahreszeitliche Verteilung werden Enterovirus-Infektionen auch als "Sommergrippe" bezeichnet!)

Vom Menschen stammende enterale Erreger, die in Oberflächengewässern auftreten, müssen in Mitteleuropa notwendigerweise über Kanalisation und Kläranlagen dorthin gelangt sein. In Übereinstimmung dazu ist auch hier die jahreszeitliche Rhythmik der Enteroviren zu erkennen, indem sie auch in Kläranlagen fast ausschließlich im Sommer auftreten - ein klarer Hinweis für die humane Herkunft dieser Erreger [Abbildung 4].

Abb. 3: Vorkommen von Enteroviren in einem Oberflächengewässer im Jahresverlauf

Abb.4: Vorkommen von Enteroviren im Kläranlagenablauf im Jahresverlauf

 

1.5 Hygienische Bedeutung von Parasiten und Viren im Wasser

Parasiten und Viren benötigen lebende Organismen bzw. Zellen zu ihrer Reproduktion, eine Weitervermehrung in der Umwelt ist bei diesen Erregern daher nicht zu befürchten. Diesem aus hygienischer Sicht positiven Umstand stehen jedoch mehrere negative Eigenschaften gegenüber, die in der Wasserhygiene zu erheblichen Problemen führen können:

- geringe Größe der infektiösen Stadien: Der Durchmesser der Kryptosporidien-Oozysten beträgt 5 m, die Giardien-Zysten weisen einen Längsdurchmesser von 15 m auf. Die Größe der Viren liegt im Bereich von 30 100 nm;

- Resistenz gegenüber Desinfektionsmitteln: Kryptosporidien und Giardien weisen eine exzessiv hohe Chlorresistenz auf, die weit über den üblichen Konzentrationen liegt. Die Ozonung ist bei Kryptosporidien erst bei hohen Konzentrationen ab 1,15 mg/L und 5 min. Einwirkzeit wirksam [2];

- auch enterale Viren können nur z. T. mit den genannten Desinfektionsverfahren inaktiviert werden. Andere, v. a. bestimmte Coxsackiestämme, haben sich als sehr chlorresistent erwiesen; bei diesen führen 0,4 mg/L freies Chlor über 100 min. noch nicht zur Inaktivierung, bei Norwalkviren soll die Chlorresistenz noch deutlich höher sein.

Angesichts dieser Problematik ist das Multibarrieren-System [3; 15] beim Trinkwasser unbedingt erforderlich. Hierzu gehören:

- Ressourcenschutz (z. B. Kläranlagen, Ausweisung von Wasserschutzgebieten)

- Regelrechte Aufbereitung (z. B. Flockungsfiltration); evtl. Desinfektion als letzte Stufe der Aufbereitung

- Effektive Überwachung

Die novellierte Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2001) [16] stellt in dieser Hinsicht klare Forderungen auf:

1. Allgemeine Anforderungen

4 Abs. 1

"Wasser für den menschlichen Gebrauch muss frei von Krankheitserregern, genusstauglich und rein sein. Dieses Erfordernis gilt als erfüllt, wenn bei der Wassergewinnung, der Wasseraufbereitung und der Verteilung die allgemein anerkannten Regeln der Technik eingehalten werden und das Wasser für den menschlichen Gebrauch den Anforderungen der 5 bis 7 entspricht."

Zu den allgemein anerkannten Regeln der Technik gehören besonders das Regelwerk des DVGW und die DIN-Vorschriften.

2. Mikrobiologische Anforderungen

5 Abs. 1

"Im Wasser für den menschlichen Gebrauch dürfen Krankheitserreger im Sinne des 2 Nr. 1 des Infektionsschutzgesetzes nicht in Konzentrationen enthalten sein, die eine Schädigung der menschlichen Gesundheit besorgen lassen."

Dies bedeutet, dass nicht jeder Nachweis von Krankheitserregern - z. B. in
10 m - unter 4 Abs. 1 fällt. Hierzu ist auch die Empfehlung des Umweltbundesamtes [3] zu beachten.

Dass die mikrobielle Belastung des Rohwassers entscheidend ist, ergibt sich aus den oben genannten Darlegungen und wird geregelt in

5 Abs. 4

"Soweit der Unternehmer und der sonstige Inhaber ... hinsichtlich mikrobieller Belastungen des Rohwassers Tatsachen feststellen, die zum Auftreten einer übertragbaren Krankheit führen können, ... muss eine Aufbereitung, erforderlichenfalls unter Einschluss einer Desinfektion, nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik erfolgen."

Hier ist von allen Beteiligten, dem Wasserversorger und den Überwachungsbehörden, Augenmaß und Sachverstand gefordert.

Die mikrobiologischen Parameter sind in den Anlagen der TrinkwV 2001 als Anforderungen beschrieben.

Anlage 1: Allgemeine Anforderungen an Wasser für den menschlichen Gebrauch

Anlage 3: Indikatorparameter

Eine Erleichterung für das Wasserversorgungsunternehmen (WVU) und den Öffentlichen Gesundheitsdienst (ÖGD) ist die

3. "Empfehlung zur Vermeidung von Kontaminationen des Trinkwassers mit Parasiten (UBA-Empfehlung 4/2001)

Empfehlung des Umweltbundesamtes nach Anhörung der Trinkwasserkommission des Umweltbundesamtes"

Sie gliedert sich in:

Entscheidende Passagen werden im Wortlaut zitiert:

"Ursachen für das Vorkommen von Parasiten im Rohwasser sind immer
Kontaminationen:

Hieran muss sich der Ressourcenschutz als Teil des Multibarrierensystems messen lassen.

"Besteht im Rahmen von Maßnahmeplänen Anlass, die Möglichkeit einer fäkalen Kontamination vor der Desinfektion zu überprüfen, so wird folgendes Vorgehen empfohlen:

Untersucht werden müssen alle aufbereiteten und nicht aufbereiteten Wässer, die aus Oberflächengewässern oder aus oberflächenwasserbeeinflusstem Grundwasser gewonnen werden.

Es werden die üblichen zur Trinkwasseruntersuchung herangezogenen Indikatorparameter, wie Escherichia coli und coliforme Bakterien, eingesetzt. Das Untersuchungsvolumen beträgt 100 mL."

Dies bedeutet, dass nicht sofort ohne konkreten Anlass auf Krankheitserreger untersucht wird.

"Bei positiven Befunden (Nachweis von Clostridium perfringens im Trinkwasser oder E. coli und coliformen Bakterien im Wasser vor der Desinfektion) sind mindestens 20 Nachproben des Wassers vor der Desinfektion in einem engen zeit-lichen Raster (mindestens werktäglich) zu entnehmen und zu untersuchen. Bei Aufbereitungsanlagen mit mehreren Filtern sind die einzelnen Filter zu beproben."

Es ist zu beachten, dass die Reaktion bei positivem Nachweis von Clostridium perfringens im Reinwasser (Trinkwasser) und bei positivem Nachweis von
E. coli und coliformen Bakterien im Wasser vor der Desinfektion erfolgt.

"Das Wasser sollte grundsätzlich nach der Aufbereitung und vor der Desinfektion die mikrobiologischen Qualitätsparameter der Trinkwasserverordnung erfüllen, weil sowohl im Bezug auf die Dauerformen der Parasiten als auch in Bezug auf andere Krankheitserreger die zulässigen Desinfektionsverfahren nicht die gleiche Wirksamkeit haben wie gegenüber Escherichia coli und der Koloniezahl."

Dieses wurde oben deutlich gemacht.

"Routinemäßige Untersuchungen des Trinkwassers auf Parasiten erscheinen aus derzeitiger Sicht nicht hilfreich, weil die statistische Sicherung der Befunde z. B. methodenbedingt noch nicht möglich ist. In begründeten Einzelfällen, insbesondere zur Aufklärung von Infektketten, sollte aber auch das Trinkwasser auf Anordnung des Gesundheitsamtes auf Parasitendauerformen untersucht werden."

Es kann z. B. bei Gruppenerkrankungen, die über das Infektionsschutzgesetz (IfSG) jetzt auch bei Parasiten meldepflichtig sind, sinnvoll sein, das Wasser direkt auf Krankheitserreger zu untersuchen. Dies kann der Amtsarzt nach 20 Abs. 1 Nr. 4 anordnen.

"Positive Parasitenbefunde, wie sie z. B. gelegentlich im Zusammenhang mit wissenschaftlichen Untersuchungen erhoben werden, sind deshalb derzeit nicht geeignet, um weitreichende Maßnahmen wie Unterbrechung der Wasserversorgung oder Abkochempfehlungen zu ergreifen."

Dieses ist für die tägliche Praxis ein wichtiger Hinweis. Davon unbenommen ist stets der Einzelfall zu berücksichtigen, kritisch und verantwortungsvoll abzuwägen und zu entscheiden.

Rohmann et al. [14] haben in ihrem im Februar 2001 veröffentlichen Bericht auf die damals noch nicht veröffentlichte UBA-Empfehlung hingewiesen und sie bestätigen können.

 

1.6 Zusammenfassung

Im Rohwasser ist eine Korrelation zwischen den Indikatorkeimen und den Parasiten und Viren gegeben; dies bedeutet, die Untersuchung auf die klassischen Fäkalindikatoren reicht aus, auch wenn unterschiedliche Untersuchungsmengen zum Einsatz kommen:

Probenmengen zur Untersuchung auf Indikatorkeime bzw. auf Krankheitserreger

Im Wasser nach der Aufbereitung und vor der Desinfektion reicht auch die Untersuchung auf Fäkalindikatoren (s. UBA-Empfehlung).

Im Reinwasser (Trinkwasser) machen die EG-Richtlinie und die TrinkwV 2001 die Vorgabe, in speziellen Fällen (s. Anlage 3) auf Clostridium Perfringens zu untersuchen und bei Nachweis Nachforschungen zu veranlassen. Dies heißt, grundsätzlich ist die Untersuchung auf Fäkalindikatoren ausreichend.

Davon unbenommen kann aus gegebenem Anlass

eine Untersuchung sowohl von Rohwasser, von Wasser vor der Desinfektion und von Reinwasser auf Krankheitserreger sinnvoll sein.