Wasser ist für viele Unternehmen ein unverzichtbarer Bestandteil ihrer Produktionsprozesse. Dabei kommt es nicht nur auf die Verfügbarkeit, sondern auch auf eine gleichbleibend hohe Wasserqualität an. Eine Herausforderung könnten sogenannte Biofilme sein, die sich auf wasserberührten Oberflächen bilden. Sie sind ein natürliches mikrobiologisches Phänomen und zunächst kein Grund zur Besorgnis. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen können sie jedoch die Prozesssicherheit, die Hygiene und die Leistungsfähigkeit technischer Anlagen beeinträchtigen.
Gefordert sind deshalb vor allem die Betreiber industrieller Wasser- und Kühlsysteme. Durch vorausschauende Wartung, geeignete Betriebsbedingungen und gezielte Maßnahmen lassen sich unerwünschte Entwicklungen frühzeitig erkennen und begrenzen. Der folgende Gastbeitrag von Roy Middelbosch erläutert die Zusammenhänge und stellt verschiedene Lösungsansätze anhand praktischer Beispiele vor.
Für Verbraucher ist wichtig: Aus dem Vorkommen von Biofilmen lässt sich keine grundsätzliche Gefährdung der Trinkwasserqualität ableiten. Im Mittelpunkt dieses Beitrags stehen vielmehr die betrieblichen Herausforderungen und Handlungsmöglichkeiten von Unternehmen.
Biofilm in Wassersystemen: Frühzeitig erkennen, gezielt handeln
Gastbeitrag von Roy Middelbosch Watter B.V. –
Gastbeiträge geben die Meinungen der Autoren wieder – English version at the end of this post
Biofilme sind ein natürlicher Bestandteil der Mikrobiologie von wasserführenden Systemen. Ihr Vorhandensein deutet nicht automatisch auf ein hygienisches oder technisches Problem hin. Sie werden erst dann relevant, wenn ihr Wachstum beginnt, die Wasserqualität, die Hygiene oder die Systemleistung zu beeinträchtigen.
Mögliche Anzeichen sind unter anderem wiederkehrende mikrobiologische Befunde, verstopfte Filter oder eine verminderte Betriebseffizienz. Werden diese Entwicklungen frühzeitig erkannt, lassen sich ihre Ursachen leichter untersuchen und gezielte Maßnahmen ergreifen, bevor umfangreichere Reinigungs- oder Sanierungsmaßnahmen erforderlich werden.
Die Bedeutung von Biofilmen und die geeigneten Maßnahmen hängen von der Art der Wassernutzung ab. Für Trinkwasser gelten andere Hygieneanforderungen als beispielsweise für Prozess- oder Kühlwasser. Dieser Artikel konzentriert sich in erster Linie auf diese industriellen Wassersysteme, verweist jedoch an relevanter Stelle auch auf Trinkwasseranlagen.
Biofilme verstehen und wie sie entstehen
Ein Biofilm ist eine Gemeinschaft von Mikroorganismen, darunter Bakterien, die sich auf einer feuchten Oberfläche bildet. Diese Mikroorganismen bilden eine schützende, schleimartige Schicht, in der sie sich ansiedeln, Nährstoffe speichern und äußeren Einflüssen standhalten können.
Mikroorganismen, die in einem voll ausgebildeten Biofilm leben, lassen sich daher mit Desinfektionsmitteln oft schwerer bekämpfen als Mikroorganismen, die frei im Wasser schweben (1, 2).
Die Biofilmbildung beginnt, wenn sich Mikroorganismen an einer Oberfläche anheften. Es folgen weitere Zellen, Nährstoffe und andere Substanzen, wodurch die Schicht wachsen kann. Ein voll ausgebildeter Biofilm kann sich schließlich ablösen, mit dem Wasser wandern und andere Bereiche des Systems besiedeln (2).
Welche Folgen Biofilme haben können
Die Folgen hängen von der jeweiligen Anwendung ab. In Trinkwasser- und industriellen Wassersystemen kann Biofilm einen Lebensraum für unerwünschte Mikroorganismen bieten. Das Vorhandensein von Biofilm stellt jedoch nicht automatisch ein Gesundheitsrisiko dar.
Entscheidend sind die Art und Menge der vorhandenen Mikroorganismen, die Eigenschaften des Systems und der Verwendungszweck des Wassers. In Prozess- und Kühlwassersystemen kann ein starkes Biofilmwachstum zudem zu verstopften Filtern, Korrosion, eingeschränktem Wasserdurchfluss und einer schlechteren Wärmeübertragung beitragen (2, 3, 4).
Welche Bedingungen das Wachstum begünstigen
Lange Verweildauern des Wassers, selten genutzte Rohrabschnitte, Sackgassen und Bereiche mit begrenztem Durchfluss bieten gute Bedingungen für das Biofilmwachstum. An diesen Stellen wirkt weniger physikalische Kraft, um neu gebildete Ablagerungen zu entfernen. Zudem kann die Konzentration von Desinfektionsmittelrückständen abnehmen, bevor das Wasser das Ende des Systems erreicht (2, 3).
Auch die Temperatur kann das mikrobielle Wachstum beschleunigen. Warmes oder lauwarmes Wasser ist besonders relevant bei der Bekämpfung von Organismen wie Legionella spp. Die Aufrechterhaltung ausreichend niedriger Kaltwassertemperaturen und die Gewährleistung eines regelmäßigen Wasseraustauschs sind daher wichtige Bestandteile eines guten Wassersystemmanagements (5).
Mögliche Anzeichen erkennen
Biofilm ist mit bloßem Auge nicht immer erkennbar. Mögliche Anzeichen sind unter anderem wiederholt hohe Keimzahlen, schleimige oder verfärbte Ablagerungen, ungewöhnliche Gerüche, trübes Wasser und Filter, die ungewöhnlich schnell verschmutzen.
In technischen Anlagen können weitere Anzeichen ein nachlassender Durchfluss, ein zunehmender Druckverlust, Korrosion oder eine verminderte Wärmeübertragungseffizienz sein (3, 4).
Eine einzelne Wasserprobe liefert nicht unbedingt ein vollständiges Bild des Systems, da sie nur die im Wasser schwebenden Mikroorganismen erfasst. Eine zuverlässigere Beurteilung kombiniert Proben von mehreren Stellen mit Betriebsdaten, Trendanalysen und der Sichtprüfung zugänglicher Komponenten (3).
Warum frühzeitiges Handeln wichtig ist
Früherkennung bedeutet nicht, jedes wasserführende System vorsorglich intensiv zu desinfizieren. Die erste Frage sollte nicht nur lauten, wie der Biofilm bekämpft werden kann, sondern auch, warum er sich an dieser Stelle überhaupt bilden konnte.
Ursachen im gesamten System untersuchen
Eine ursachenorientierte Bewertung sollte das gesamte System untersuchen, einschließlich Speichertanks, Zirkulationskreisläufe, Sackgassen und selten genutzte Entnahmestellen.
Zu den relevanten Faktoren zählen Stagnation, lange Verweildauern des Wassers, ungeeignete Temperaturen, geringer Durchfluss, Nährstoffverfügbarkeit, Kalkablagerungen, Korrosionsprodukte und andere Ablagerungen. Anschließend können Temperatur, pH-Wert, Durchfluss, Keimzahlen, organische Belastung und die im Wasser verbleibende Menge an aktivem Desinfektionsmittel bewertet werden.
Die ersten Maßnahmen können relativ einfach sein: Verbesserung des Wasseraustauschs und der Zirkulation, Spülen selten genutzter Abschnitte, Reinigung zugänglicher Komponenten und Beseitigung unnötiger Sackgassen oder Ablagerungen.
Diese Schritte beheben Bedingungen, die ein übermäßiges Biofilmwachstum begünstigen können, und helfen dabei festzustellen, ob zusätzliche Reinigungen, Systemänderungen oder eine Desinfektion erforderlich sind.
Warum eine kurze Desinfektion nicht immer ausreicht
Je älter und dicker ein Biofilm wird, desto schwieriger kann es sein, ihn zu bekämpfen. Seine schützende Schleimschicht kann verhindern, dass Desinfektionsmittel zu Mikroorganismen gelangen, die tiefer im Ablagerungsmaterial sitzen. Kalkablagerungen, Korrosionsprodukte und andere Sedimente können zusätzlichen Schutz bieten (1, 3).
Eine kurze Desinfektionsbehandlung kann folglich die Anzahl der Mikroorganismen im Wasser reduzieren, ohne die an der Rohrwand haftenden Ablagerungen vollständig zu entfernen.
Sobald die Behandlung beendet ist, können sich überlebende Mikroorganismen wieder vermehren. Ein etablierter Biofilm kann daher als Reservoir fungieren, aus dem Mikroorganismen wiederholt ins Wasser freigesetzt werden, was möglicherweise zu wiederkehrenden mikrobiologischen Befunden beiträgt (2, 3).
Geeignete Maßnahmen kombinieren
Die geeignete Vorgehensweise kombiniert in der Regel mehrere Maßnahmen. Je nach System können diese Folgendes umfassen:
- Spülen von Rohrleitungen und selten genutzten Abschnitten.
- Mechanische Reinigung zugänglicher Bauteile.
- Beseitigung unnötiger Sackgassen.
- Verbesserung der Zirkulation und des Wasseraustauschs.
- Entfernung von Kalk und anderen Ablagerungen.
- Austausch von Bauteilen, die von starkem Biofilmwachstum oder Ablagerungen betroffen sind.
- Durchführung eines geeigneten chemischen oder thermischen Desinfektionsverfahrens.
Dosierungsstrategien: kontinuierliche vs. periodische Desinfektion
In industriellen Wassersystemen, in denen eine Desinfektion erforderlich ist, kann die Behandlung periodisch oder kontinuierlich erfolgen.
Periodische Desinfektion
Bei der periodischen Desinfektion wird ein Wassersystem in festgelegten Intervallen behandelt, häufig unter Verwendung einer vergleichsweise hohen Desinfektionsmittelkonzentration. Dies kann nach einer längeren Stilllegung oder zwischen Produktionszyklen sinnvoll sein.
Der Nachteil dabei ist der unbehandelte Zeitraum zwischen den Anwendungen: Überlebende Mikroorganismen können sich an Oberflächen anheften und erneut zu wachsen beginnen.
Kontinuierliche Desinfektion
Bei der kontinuierlichen Desinfektion wird während des normalen Betriebs eine geringere und kontrollierte Dosis zugegeben. Die Aufrechterhaltung eines angemessenen Desinfektionsmittelrestgehalts kann dazu beitragen, die Vermehrung frei schwebender Mikroorganismen zu verhindern und das erneute Wachstum von Biofilmen zwischen den Reinigungsvorgängen zu erschweren (2, 6).
Die kontinuierliche Behandlung entfernt jedoch nicht automatisch den gesamten Biofilm und ersetzt auch keine ordnungsgemäße Anlagenauslegung, Spülung, mechanische Reinigung oder mikrobiologische Überwachung.
Ihre Wirksamkeit hängt davon ab, ob das Desinfektionsmittel kritische Stellen in ausreichender Konzentration und mit ausreichender Einwirkzeit erreicht. Auch die Wasserzusammensetzung, organische Verunreinigungen, Temperatur, pH-Wert und Materialverträglichkeit müssen berücksichtigt werden (1, 3).
Wann eine Kombination sinnvoll sein kann
Die beiden Methoden sollten daher nicht immer als Alternativen betrachtet werden. Bei vorhandenem Biofilm kann eine Kombination wirksamer sein: Zunächst sollte das System gereinigt und saniert werden, anschließend sollten geeignete Betriebsverfahren und, sofern sinnvoll, eine kontinuierliche Desinfektion angewendet werden, um das erneute Wachstum einzudämmen.
Was bedeutet das für die Verbraucher?
Für Haushalte bedeutet das Vorhandensein von Biofilmen in wasserführenden Systemen nicht, dass Trinkwasser grundsätzlich ein Hygieneproblem darstellt. Entscheidend sind vor allem die ordnungsgemäße Planung und Wartung des Trinkwassersystems, ein ausreichender Wasserumschlag sowie die Einhaltung der geltenden Hygienevorschriften. Etwaige Auffälligkeiten wie ungewöhnliche Gerüche, Verfärbungen oder wiederkehrende mikrobiologische Befunde sollten fachmännisch untersucht und nicht eigenmächtig mit starken Desinfektionsmitteln behandelt werden.
Praxisbeispiele: Kontinuierliche Desinfektion mit HOCl
Die folgenden Beispiele stammen aus industriellen Prozesswasseranwendungen und basieren auf den von den beteiligten Unternehmen gemeldeten Ergebnissen.
Sie veranschaulichen mögliche Anwendungsbereiche der kontinuierlichen HOCl-Desinfektion, doch die Ergebnisse sind spezifisch für die jeweiligen Systeme und lassen sich nicht direkt auf andere Wassersysteme übertragen.
Beispiel 1: Herstellung wasserbasierter Industrieklebstoffe
Ein Praxisbeispiel stammt von einem Hersteller wasserbasierter Industrieklebstoffe. Die Qualität des Prozesswassers wirkt sich direkt auf die Stabilität dieser Produkte aus.
Das Unternehmen hatte zuvor eine UV-Desinfektion eingesetzt, verzeichnete jedoch weiterhin Schwankungen in der mikrobiologischen Wasserqualität. Infolgedessen mussten den Klebstoffen zusätzliche Konservierungsmittel zugesetzt werden, was die Kosten erhöhte und die Produktkennzeichnung sowie die Sicherheitsdokumentation erschwerte.
Nach Versuchen bestätigte der Hersteller, dass die kontinuierliche HOCl-Desinfektion die Klebeeigenschaften, Spezifikationen, Farbe oder den Geruch der Klebstoffe nicht beeinträchtigte. Sie wurde daraufhin zur wichtigsten Wasserdesinfektionsmethode des Unternehmens.
Nach Angaben des Herstellers ermöglichte eine bessere mikrobiologische Kontrolle des Prozesswassers eine Reduzierung des Konservierungsmitteleinsatzes um etwa 40 % (7).
Der Hersteller berichtete, dass dies zu weniger Gefahrenzeichen, einfacheren Sicherheitsdatenblättern und einer geringeren Exposition gegenüber Konservierungsmitteln während der Produktion und der anschließenden Verwendung der Produkte führte.
Nach Angaben des Qualitätssicherungsleiters des Herstellers verlängerte sich die Haltbarkeit der Klebstoffe von drei auf sechs Monate, während Beschwerden, mikrobiologische Abweichungen und Produktausschuss zurückgingen (7).
Beispiel 2: Herstellung von Kühlprodukten
Ein zweites Beispiel betrifft einen Hersteller, der erhebliche Mengen an Prozesswasser zur Herstellung von Kühlprodukten für die Lebensmittel-, Pharma-, Einzelhandels- und Logistikbranche einsetzt.
Nach Angaben des Unternehmens kombinierte sein bisheriger Ansatz eine UV-Behandlung mit regelmäßigen Reinigungen und erforderte erheblichen Aufwand, Reinigungsmittel, Arbeitskraft und Energie. Eine stabile Wasserqualität war zudem wichtig für die Aufrechterhaltung der Produktqualität.
Das Unternehmen führte einen fünfmonatigen Versuch durch, um festzustellen, ob eine kontinuierliche HOCl-Desinfektion die Wasserqualität mit geringerem betrieblichen Aufwand aufrechterhalten könnte.
Nach Angaben des Herstellers blieben die Keimzahlen während des Versuchs unter dem bestehenden internen Grenzwert. Nach der Umsetzung berichtete das Unternehmen zudem von einem stabileren Produktionsprozess sowie selteneren und kürzeren Reinigungsvorgängen.
Darüber hinaus brachte der Betreiber die Umstellung mit einer Verringerung von Transportaufwand, Abfall und CO₂-Emissionen in Verbindung (8).
Einordnung der berichteten Ergebnisse
Diese Beispiele zeigen, wie die kontinuierliche Desinfektion in zwei spezifischen industriellen Prozesswassersystemen angewendet wurde.
Nach Angaben der beteiligten Unternehmen reichten die berichteten Ergebnisse über die mikrobiologische Kontrolle hinaus und betrafen Bereiche wie Reinigungsanforderungen, den Einsatz von Konservierungsmitteln, die Prozessstabilität und die Haltbarkeit der Produkte.
Die Behandlungsstrategie und die erzielbaren Ergebnisse hängen jedoch von der Auslegung, den Betriebsbedingungen und den Anforderungen an die Wasserqualität des jeweiligen Systems ab.
Fazit
Das Biofilm–Management beginnt mit dem Verständnis des Wassersystems und nicht damit, automatisch mehr Desinfektionsmittel hinzuzufügen.
Eine frühzeitige Untersuchung kann dabei helfen, Bedingungen zu identifizieren, die ein übermäßiges Wachstum begünstigen, und als Orientierung für Wartungs-, Reinigungs- oder Systemverbesserungsmaßnahmen dienen.
Wo eine Desinfektion erforderlich ist, sollte diese auf die jeweilige Anwendung abgestimmt und parallel zu diesen Maßnahmen überwacht werden. Das Ziel ist eine zuverlässige Wasserqualität und Systemleistung, anstatt jeden Biofilm als Gesundheitsrisiko zu betrachten.
Quellen
- Centers for Disease Control and Prevention. „Factors Affecting the Efficacy of Disinfection and Sterilization.“ Aktualisiert 2024.
Zur Quelle - United States Environmental Protection Agency. „Drinking Water Distribution System Tools and Resources.“ Abschnitte über mikrobielles Wachstum, Biofilme, Sedimente, Desinfektionsmittel und Wasseralter.
Zur Quelle - Li, Y., Qu, Y., Yang, H., Zhou, X., Xiao, P. und Shao, T. „Combatting biofilms in potable water systems: A comprehensive overview to ensuring industrial water safety.“ Environmental Microbiology Reports, 15(6), 445–454, 2023.
Zur Quelle - Glynis, K. et al. „Experimental Setup for Measuring the Effect of Biofilm Build-Up on Heat Transfer in Drinking Water Pipes.“ Engineering Proceedings, 69(1), 169, 2024.
Zur Quelle - DVGW. „Legionellen in der Trinkwasserinstallation.“ Informationen zu Temperaturmanagement und regelmäßigem Wasseraustausch.
Zur Quelle - Oliveira, I. M. et al. „A review of research advances on disinfection strategies for biofilm control in drinking-water distribution systems.“ Water Research, 2024.
Zur Quelle - Fallstudie zur Herstellung von Industrieklebstoffen: Kontinuierliche Prozesswasserdesinfektion und Produktstabilität. Veröffentlicht im August 2026.
Zur Quelle - Fallstudie zur Herstellung von Kühlprodukten: Prozesswasserqualität und betriebliche Nachhaltigkeit. Veröffentlicht im Januar 2026.
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Kontakt zum Autor:
Name: Roy Middelbosch
WATTER B.V.
E-Mail: Roy.middelbosch@watter.nl
Telefon: +31 592 715 300
Beitragsfoto: KI-generiert
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