Biofilme in Wassersystemen: Entstehung, Probleme und Lösungen

Ein Biofilm besteht vereinfacht gesagt aus Mikroorganismen, wie Bakterien, Keimen, Pilzen, Protozoen (Urtierchen) oder Algen, die in einer Schleimschicht eingebettet sind und der sich an einer Oberfläche anlagert – vor allem in stehendem Wasser.

Diese Lebensgemeinschaften von Mikroorganismen sind sehr gut an ihre Umgebung angepasst. Denn die in Biofilmen organisierten Mikroorganismen nutzen Stoffwechseleigenschaften der anderen Spezies oder deren Schutzmechanismen.

Wie entsteht Biofilm?

Einige Bakterienarten sind in der Lage, eine Schleimschicht (sogenannte extrazelluläre polymere Substanzen, EPS) zu bilden, mit der sie sich an Oberflächen heften. Diese Schicht bildet das Grundgerüst der Biofilme.

Das wachsende Gebilde erleichtert anderen Mikroorganismen schließlich die Ansiedelung. Dabei kommt es zur seitlichen Ausdehnung der Biofilme und zum Aufbau dreidimensionaler Gebilde aus mehreren Schichten – der Biofilm breitet sich aus.

In bestimmten Bereichen, wie z. B. Wasserleitungen, kann sich Biofilm bereits nach wenigen Tagen bilden, auch wenn das Wasser von einer hohen Qualität ist.

Wo bilden sich Biofilme?

Biofilme bilden sich z. B. auf Steinen in einem Bachbett, aber auch an der Innenseite von Wasserrohrleitungen – eine Tatsache, die bei der Trinkwasserhygiene eine große Rolle spielen kann.

Im menschlichen Körper finden sich Biofilme z. B. an Implantaten, was in der Regel mit gesundheitlichen Beeinträchtigungen verbunden ist.

Sie können jedoch auch nützliche Funktionen erfüllen, indem sie im Magen-Darm-Trakt die Ansiedelung von krankheitserregenden Keimen und Bakterien verhindern.

Deshalb können Biofilme problematisch sein

Obwohl es in der Natur Bereiche gibt, in denen Biofilme sehr nützlich sind, z. B. für Selbstreinigungsprozesse in Böden und Gewässern oder die Bindung von Kohlenstoffdioxid, stellen sie in anderen Bereichen ein großes Problem dar.

Die für den Menschen Krankheiten verursachenden Mikroorganismen im Biofilm sind u. a. Legionellen-Bakterien oder Pseudomonaden (z. B. Pseudomonas aeruginosa). Letztere können beim Menschen verschiedenste Infektionen wie. Lungenentzündungen, Harnwegsinfektionen oder Wundinfektionen auslösen.

Weitere Erreger, die man oft in Biofilmen findet, sind Sphingomonas und Mycobacterium.

Biofilm in Wasserleitungen und Trinkwasserinstallation

Wasserleitungen und Trinkwasserinstallationen bieten durch ihre Beschaffenheit und Betriebsbedingungen grundsätzlich natürliche Voraussetzungen für mikrobielle Prozesse – etwa durch ständig vorhandene Feuchtigkeit, temperaturbegünstigte Bedingungen und anlagerungsbegünstigende Rohrinnenflächen. Durch betriebliche Faktoren wie Stagnation, unzureichende Temperaturen oder nährstofffreisetzende Materialien kann dies die Ausbildung eines Biofilms begünstigen.

Biofilmbildung in Wasserleitungen von Neubauten

Eine Studie aus dem Jahr 2024 kommt u. a. zu dem Ergebnis, dass sich auch in Neubauten innerhalb von nur acht Wochen erste stabile Biofilme in Wasserleitungen ausbilden können.

Bakterien, die natürlicherweise im Trinkwasser vorkommen, haften bereits innerhalb weniger Stunden nach der Inbetriebnahme an den Innenoberflächen neuer Rohrmaterialien – insbesondere dann, wenn das Wasser stagniert oder Temperaturen herrschen, die das Wachstum potenziell pathogener Mikroorganismen, wie etwa Legionella spp., begünstigen könnten. Letztere wurden in der zugrunde liegenden Studie allerdings nicht spezifisch untersucht.

Bereits in den ersten Tagen bildet sich ein dünner organischer Film (conditioning film) auf den Rohrinnenflächen, der die Anhaftung weiterer Bakterien erleichtert und so die frühe Biofilmbildung fördert.

Der kontinuierliche Zufluss von Trinkwasser bringt ständig neue Mikroorganismen in das System, die sich an bestehenden Biofilmen ansiedeln und diese weiter verstärken können.

Ausdehnung und Verbreitung des Biofilms

Eine geringe Fließgeschwindigkeit oder Totstränge in Trinkwasserinstallationen begünstigen zudem die Bildung von Biofilm. Dies wiederum erleichtert es Bakterien sich auszubreiten.

In den Wasserleitungssystemen können sich später auch Teile des Biofilms durch die Kraft des fließenden Wassers ablösen – wenn die Schleimschicht eine bestimmte Dicke erreicht hat – und sich an anderen Stellen im Rohrleitungssystem wieder ansiedeln. Dies führt zu einer weiteren Ausbreitung des Biofilms.

Biofilm entfernen

Das Biofilm-Gebilde, eine sogenannte extrazelluläre Matrix, bietet u. a. Schutz vor chemischen und thermischen Desinfektionsmaßnahmen. Das macht es nahezu unmöglich, einen einmal gebildeten Biofilm vollständig zu entfernen. Nur durch eine Kombination aus mechanischer Entfernung, chemischer Desinfektion und struktureller Vorbeugung lässt sich ein Biofilm in Wasserinstallationen wirksam und dauerhaft kontrollieren. Eine vollständige Eliminierung ist unter Praxisbedingungen allerdings nur selten erreichbar.

Fakt ist: Bei mikrobiologischer Belastung durch Biofilm ist eine professionelle Desinfektion der Trinkwasseranlage unerlässlich!

Biofilm-Bildung vorbeugen

Durch gezielte Materialauswahl, bauliche Planung und betriebliche Maßnahmen, wie die Vermeidung von Stagnationswasser und eine bestimmungsgemäße Nutzung der Trinkwasserinstallation, können die Risiken für die Biofilmbildung signifikant reduziert und hygienische Standards gewährleistet werden.

Die Reduktion des Risikos beruht vor allem auf präventiven Maßnahmen, wie der Einhaltung strenger Hygienevorschriften, regelmäßigen Kontrollen und optimierter Systemplanung.

Das Risiko von Biofilmbildung und Legionellenbefall ist in heutigen Neubauten durch verbesserte Materialien, Planung und Betriebstechniken auch deutlich geringer als früher. Es kann jedoch auch hier nicht vollständig ausgeschlossen werden.

Endständige Filter verhindern den Kontakt mit kontaminiertem Wasser

Gerade dort, wo Bakterien und Keime im Trinkwasser für immunsupprimierte oder immungeschwächte Patienten eine Gefahr darstellen können, muss der Kontakt mit dem Wasser konsequent verhindert werden.

Um den Kontakt mit kontaminiertem Wasser zu verhindern, können grundsätzlich verschiedene Wasserfilter eingesetzt werden:

• Einzelne Filter für Wasserhähne oder Duschköpfe
• Mehrweg-Sterilfilter für medizinische Bereiche – beispielsweise für Dentaleinheiten, die Aufbereitung von Endoskopen oder TEE-Sonden

Diese Sterilwasserfilter halten aufgrund ihrer Hohlfasermembrantechnologie alle wassergebundenen Keime und Bakterien zurück, so auch Legionellen (bspw. Legionella pneumophila) und Pseudomonaden.