key: cord-0004691-9zl1yb1z
authors: Botzenhart, K.
title: Viren im Trinkwasser
date: 2007-03-02
journal: Bundesgesundheitsblatt Gesundheitsforschung Gesundheitsschutz
DOI: 10.1007/s00103-007-0155-4
sha: 9b864b9a0a4a41dae0ddba71531d8d23ac193d2d
doc_id: 4691
cord_uid: 9zl1yb1z

Viruses in drinking water can cause infectious diseases. In the past, hepatitis A and E were the most frequently observed drinking- water-borne viral infections, but in recent years several small- and large-scale norovirus epidemics have been described, even in Europe. All virus species spread via drinking water are of fecal origin. They are regularly identified in waste water even after conventional multi-stage water treatment. The approved disinfection methods can cope with these viruses if they are not integrated in larger particles. For this reason particle separation is particularly important in water treatment. Virological tests are not reliable enough to ensure that drinking water is sufficiently virus-free. The examination of 100 mL of water for E. coli and coliform bacteria is not adequate proof either. If potentially contaminated raw water is used, consumer safety must be ensured by calculating the performance of water treatment plants on a case-by-case basis. Such a calculation takes into account the virus load of the raw water, the efficiency of the physical and chemical particle elimination steps and the effect of disinfection. Those factors which determine the effectiveness of disinfection, namely concentration and exposure time or UV radiation strength, must be adjusted according to the risk of viral infection, and calculated settings must be adhered to, even if favorable E. coli levels may make them seem excessive.

Viren im Trinkwasser können beim Verbraucher Erkrankungen hervorrufen. Diese Tatsache ist seit langem bekannt und hat besonders aus Anlass des vermehrten Auftretens der Poliomyelitis nach dem 2. Weltkrieg zu intensiver Beschäftigung mit diesem Problem geführt [1] . Viren, die hierfür in Frage kommen, gehören zur Gruppe der Adenoviren, Astroviren, Enteroviren, Hepatitis-A-und Hepatitis-E-Viren, zu den Noroviren und zu den Rotaviren (. Tabelle 1). Es sind Viren, die sich im Gastrointestinaltrakt vermehren können und dadurch in großen Mengen mit den Fäces in das Abwasser und das damit belastete Oberflächenwasser und ungünstigen Falles auch ins Grundwasser übergehen können. Im Abwasser werden außerdem häufig Orthoreoviren gefunden, die aus menschlichen Fäkalien stammen, denen aber kein bestimmtes Krankheitsbild zugeordnet werden kann. Sie werden daher einstweilen als gesundheitlich unbedenklich angesehen [3] . Die genannten Viren werden ganz überwiegend vom Menschen ausgeschieden. Eine Ausnahme bildet das Hepatitis-E-Virus, für das tierische Wirte bekannt sind, möglicherweise werden auch einige Noro-und Sapoviren von Tieren ausgeschieden [4] . Die Viren sind im Wasser sehr lange stabil, unter den Bedingungen eines kühlen Grundwassers viele Monate und sogar einige Jahre [5] .

Über die epidemiologische Bedeutung von Adenoviren und Enteroviren in Trinkwasser kann wenig gesagt werden, vermutlich weil sie eine größere Zahl wenig charakteristischer Erkrankungen des Darmtraktes sowie der oberen Luftwege und der zugehörigen Schleimhäute hervorrufen. Auch Poliomyelitishäufungen sind nur vereinzelt mit Trinkwasser in Verbindung gebracht worden [6] . Beide Virusgruppen werden aber häufig, um nicht zu sagen regelmäßig, aus Abwasser sowohl nach Sedimentation als auch nach mechanisch/biologisch/chemischer Reinigung isoliert [7] . Ähnliches trifft für die Astroviren zu. Das Hepatitis-A-Virus ist dagegen wiederholt als Erreger trinkwasserbedingter Epidemien isoliert worden, auch aus gechlortem Trinkwasser [8, 9] . Es hat eine der größten jemals beschriebenen Explosivepidemien hervor-gerufen, die mit ca. 300.000 Betroffenen in Shanghai im Jahr 1988 aufgetreten ist [10] . Auch die Noro-und Sapoviren werden sehr leicht von Person zu Person übertragen und können sich daher in Krankenhäusern und Heimen schlagartig ausbreiten und kleinere Lokalepidemien mit mehreren hundert Erkrankungen verursachen, zumal die Inkubationszeit kurz ist und schon innerhalb des ersten Tages Viren im Stuhl oder Erbrochenem auftreten können. Es sind aber auch verschiedene trinkwasserbedingte Epidemien beschrieben worden, so in Neuveville in der Schweiz (eine der größten in der Schweiz in der jüngeren Zeit aufgetretenen Trinkwasserepidemien mit mehreren tausenden Kranken) [12] sowie eine weitere in Küblis [13] . Aus Finnland hat Maunula [14] über 18 Epidemien mit bis zu 5500 Erkrankten berichtet, die auf Trinkwasser zurückgeführt werden konnten. Auch aus Deutschland (Oschatz) wurde eine trinkwasserbedingte Epidemie beschrieben [15] . Im Fall der Schweiz und Deutschlands lagen eindeutige schwere Mängel in der Wasseraufbereitung bzw. unbeherrschte Abwassereinbrüche vor. Bei den finnischen Epidemien handelt es sich zum Teil um nach örtlichen Vorschriften einwandfrei aufbereitetes Trinkwasser ohne Nachweis von coliformen Bakterien.

Es stellt sich daher auch für die deutschen Verhältnisse die Frage, inwieweit virusbedingte Erkrankungen durch Trinkwasser übertragen werden können. In Bezug auf die Hepatitis A scheint dies kein Problem zu sein, da diese Erkrankung seit langem rückläufig ist und ein großer Teil der beobachteten Fälle auf Auslandsaufenthalte zurückgeführt werden kann. Die Häufigkeit gastrointestinaler Erkrankungen allgemein und insbesondere das in den letzten Jahren vermehrte Auftreten der Norovirusinfektionen geben aber Anlass für eine erhöhte Aufmerksamkeit.

Einleitend muss betont werden, dass das quantitative Arbeiten mit Viren aufgrund ihrer Eigenschaft erschwert wird, spontan aneinander oder an Feststoffen bzw. Behälterwänden zu größeren Aggregaten zu adsorbieren und u. U. wieder zu desaggregieren. Daher kann sich die Zahl infektiöser Partikel scheinbar vermehren oder vermindern, ohne dass eine virale Replikation oder eine Inaktivierung stattgefunden hat. In Form größerer Aggregate sind die Viren außerdem vor schädlichen Umwelteinflüssen besser geschützt als isoliert vorliegende Partikel [16] . Auf Oberflächen und in den oberen Bodenschichten können Viren durch Austrocknung, Licht und höhere Temperaturen schnell inaktiviert werden. Sie können aber nur viele Wochen und Monate überdauern, wenn sie vor diesen Schädigungen geschützt sind, was in Gewässern und im Untergrund häufig der Fall ist. Humanpathogene enterale Viren im Wasser entstammen praktisch ausschließlich den Ausscheidungen infizierter, aber nicht notwendigerweise erkrankter Personen. Daher muss die Viruskonzentration im Abwasser je nach Zahl der Infizierten schwanken. Farrah [17] hat zahlreiche Untersuchungen zusammengestellt, die für unbehandeltes Abwasser Konzentrationen an infektiösen Partikeln nennen, die zwischen einer infektiösen Einheit (IU)/L und 80.000 IU/L liegen. Konzentrationen über 1000 IU/L Abwasser werden häufig angegeben. Wird stattdessen mit Hilfe der quantitativen PCR die Zahl der Virusgenome erfasst, ergeben sich weit höhere Zahlen, die aber wiederum nichts über die Infektiosität der Viruspartikel aussagen [18] .

Fleischer [7] hat die Eliminationsleistung in Bezug auf infektiöse Viren von 4 den heutigen Standards entsprechenden Kläranlagen mit Nitrat-und Phosphatentfernung untersucht. Die diesbezügliche Reduktionsleistung durch den biologisch/chemischen Reinigungsprozess (ohne Sedimentation) schwankte je nach Belastung und Betriebsweise der Anlagen zwischen 60 % und 99,9 %, im Mittel lag sie bei 95 %-99 %. Überwiegend waren aber im Ablauf noch infektiöse Viren nachweisbar, maximal 240 IU/L. Bei dem hohen Abwasseranteil in den meisten deutschen Flüssen ist daher mit Viruskonzentrationen zwischen 10 IU/L und 100 IU/L zu rechnen, in gering belasteten Gewässern zwischen 1 IU/L und 10 IU/L. Ähnliche Angaben finden sich auch in den Guidelines der WHO [4] .

Bei der Untergrundpassage durch filtrierende Bodenschichten werden Viren gut zurückgehalten, überwiegend schon innerhalb der ersten Meter oder Dezimeter der Infiltrationsstrecke [19] . Allerdings sterben sie nicht ab, sondern können, geschützt vor Licht, Austrocknung und höheren Temperaturen, im Boden viele Monate oder einige Jahre überdauern. Die 50tägige Verweilzeit, die in Deutschland für die Zone 2 der Trinkwasserschutzgebiete maßgeblich ist, gewährleistet nur unter der Voraussetzung einer langfristigen Festlegung im Untergrund einen ausreichenden Schutz vor dem Durchbruch von Viren. Schijven [20] 

potentially contaminated raw water is used, consumer safety must be ensured by calculating the performance of water treatment plants on a case-by-case basis. Such a calculation takes into account the virus load of the raw water, the efficiency of the physical and chemical particle elimination steps and the effect of disinfection. Those factors which determine the effectiveness of disinfection, namely concentration and exposure time or UV radiation strength, must be adjusted according to the risk of viral infection, and calculated settings must be adhered to, even if favorable E. coli levels may make them seem excessive.

Drinking water · Viruses · Disinfection · Particle elimination 

Zu sam men fas sung Viren im Trinkwasser können Infektionskrankheiten verursachen. Während dieses früher vor allem für die Hepatitis A und der Hepatitis E beobachtet wurde, sind in den letzten Jahren mehrere größere und kleinere Epidemien von Norwalkvirusinfektionen beschrieben worden, auch in Europa. Alle trink wasserrelevanten Viren stammen aus Fäkalien und sind im Ab wasser auch nach mehrstufiger konven tioneller Klärung regelmäßig noch nachweisbar. Sie sind den zugelassenen Desinfektionsverfahren gut zugänglich, soweit sie nicht in größere Partikel integriert sind. Folglich kommt der Partikelabscheidung bei der Aufbereitung eine besonders große Bedeutung zu. Die Virusfreiheit des abgegebenen Trinkwassers kann mit der erforderlichen Sicherheit durch virologische Untersuchungen nicht nachgewiesen werden. Die Untersuchung von 100-mL-Proben auf E. coli und coliforme Bakterien ist dafür ebenfalls nicht aus reichend. Bei Verwendung von möglicherweise kontaminiertem Rohwasser muss daher die Sicherheit der Verbraucher über eine von Fall zu Fall zu berechnende Leis tungsfähigkeit der Aufbereitungsanlage gewährleistet werden. In die Berechnung gehen die Virusbelastung des Rohwassers, die Leistung der physikalisch-chemischen Partikelelimination und die Wirkung der Desinfektion ein. Die wirkungsbestimmenden Faktoren der Desinfektion, namentlich Konzentration und Einwirkungszeit bzw. die UV-Bestrahlungsstärke, müssen anhand des Infektionsrisikos durch Viren festgelegt und eingehalten werden, auch wenn sie aufgrund günstiger E.-coli-Befunde überhöht erscheinen.

Abstract Viruses in drinking water can cause infectious diseases. In the past, hepatitis A and E were the most frequently observed drinking-water-borne viral infections, but in recent years several small-and large-scale norovirus epidemics have been described, even in Europe. All virus species spread via drinking water are of fecal origin. They are regularly identified in waste water even after conventional multi-stage water treatment. The approved disinfection methods can cope with these viruses if they are not integrated in larger particles. For this reason particle separation is particularly important in water treatment. Virological tests are not reliable enough to ensure that drinking water is sufficiently virus-free. The examination of 100 mL of water for E. coli and coliform bacteria is not adequate proof either. If gepuffertem destilliertem Wasser frei dispergierte Viren Ct99-Werte um oder unter 1 zur Abtötung benötigt. Dabei ist Ozon deutlich wirksamer, während Chlor bei pH-Werten über 7 stark an Wirksamkeit verliert. Bei suboptimalen Bedingungen, namentlich bei aggregierten Viren, Vorliegen reduzierender Substanzen und erhöhten pH-Werten für Chlor steigen die erforderlichen Ct-Werte an und können unkalkulierbar werden. Zur Wirksamkeit von Chlor [30] , Chlordioxid [31] und Ozon [32] [33] Auch die anderen Faktoren, die die Wirkung der Desinfektionsverfahren behindern, müssen zunächst durch Aufbereitungsverfahren optimiert werden, namentlich der pH-Wert und der Gehalt an reduzierenden Substanzen. Die in . Tabelle 2 zusammengestellten, von der WHO [4] vorgeschlagenen Werte stellen insofern einen Kompromiss dar, gelten aber ebenfalls nicht für in Partikel eingeschlossene Mikroorganismen. Sie berücksichtigen jedoch auch sehr niedrige Temperaturen und suboptimale pH-Werte für Chlor. Die Wirksamkeit der durchgeführten Desinfektionsverfahren kann nicht am Kriterium: "Keine E. coli/coliformen Bakterien in 100 mL" gemessen werden, wie auch in den Empfehlungen der WHO [4] an verschiedenen Stellen ausdrücklich betont wird. Es wurden, wie erwähnt, wiederholt trinkwasserbedingte Epidemien beschrieben, bei denen das Wasser in dieser Hinsicht den Anforderungen entsprach [8, 9, 14] . Dies liegt zum Teil an einer höheren Resistenz der Viren gegen die Desinfektionsverfahren, die durch die Auswirkungen einer Aggregatbildung verstärkt wird, vor allem aber auch daran, dass für die erforderliche Sicherheit die Zahl der Viruspartikel viel drastischer reduziert werden muss, als dies für E. coli und coliforme Bakterien der Fall ist.

Die "erforderliche Sicherheit" ist eine Frage der Konvention. Es wird einerseits vorgeschlagen, dass sie gegeben ist, wenn weniger als ein Fall einer Erkrankung pro 1000 Verbraucher oder pro 10.000 Verbraucher und Jahr auftreten [34] . Die WHO hat das Konzept der Disease Adjusted Life Years (DALY) entwickelt, bei dem neben der Häufigkeit der Infektionen die Schwere der Erkrankung und eventuelle Folgen berücksichtigt werden [4] . In die Abschätzung der Erkrankungshäufigkeit gehen neben der Konzentration der Viren im Trinkwasser die aufgenommene Menge und die Infektiosität der Erreger ein, nach Möglichkeit auch die Empfänglichkeit der Verbraucher. Auf diese Weise können als Zielgrößen die maximal zulässigen Viruskonzentrationen im Trinkwasser ermittelt werden. Bezüglich der Details dieser Berechnungen muss auf die vorstehend angegebenen Autoren verwiesen werden. Am Beispiel des Rotavirus kommt die WHO zu dem Ergebnis, dass in 32 m 3 Wasser weniger als ein Viruspartikel enthalten sein darf, wenn pro eine Million Verbraucher weniger als ein (verlorenes) DALY zu beklagen sein soll [4] . Legt man wie Regli [34] das Kriterium "weniger als eine Erkrankung pro Jahr und 10.000 Einwohner" zugrunde, so kommt man besonders bei Rotaviren wegen deren hoher Infektiosität zu noch strengeren Anforderungen. Es muss demnach in ca. 4500 m 3 Wasser weniger als ein Virus partikel enthalten sein. Aus diesen Anforderungen ergibt sich, dass virologische Untersuchungen von Trinkwasserproben dessen Virusfreiheit nicht mit der "erforderlichen Sicherheit" belegen können und auch die Untersuchung von 100-mL-Proben auf Colibakterien in dieser Hinsicht nicht aussagekräftig ist.

Aus den angegebenen Zielwerten lässt sich aber ableiten, welche Leistungsfä-higkeit die Aufbereitungsanlage bei einer bestimmten Rohwasserqualität aufweisen muss. Bei einer Rohwasserqualität von 10 Rotaviren/L ist eine Reduktion auf weniger als ein Rotavirus/32.000 L erforderlich, also ein Reduktionsfaktor von ca. 5,5 log 10 -Stufen. In stärker belasteten Flüssen oder Karstquellen nach Starkregenereignissen ist mit mindestens 10 2 Viruspartikeln/L zu rechnen und ein dementsprechend höherer Reduktionsfaktor erforderlich. Daraus folgt, dass bei Verwendung von Flusswasser oder Ähnlichem als Rohwasser eine konventionelle Aufbereitung durch Flockung/Filtration und Desinfektion nicht ausreicht, sondern im Sinne eines Multibarrierensystems zusätzliche Eliminationsstufen vorgeschaltet werden müssen, die eine Reduktion der Virusbelastung um ca. 3 log 10 -Stufen erzielen. Außerdem wird deutlich, dass es sinnvoll ist, auf eine Verbesserung der mikrobiologischen Rohwasserqualität hinzuwirken, z. B. durch Verminderung der Einleitungen von Krankheitserregern aus den Kläranlagen. Nach der physikalisch/chemischen Aufbereitung und vor der abschließenden Desinfektion, auf die bei belasteten Rohwässern nicht verzichtet werden kann, muss das Wasser bereits frei von bakteriellen Fäkalindikatoren sein [35] . Dieser Zustand sollte als Teil eines Water-Safety-Plans im Rahmen der routinemäßigen Eigenkontrollen überprüft werden. Die abschließende Desinfektion muss für Viren mindestens eine Reduktion von 99 % sicherstellen (. Tabelle 2). Zur Ermittlung der erforderlichen Reduktionsleistung für die gesamte Aufbereitung und Desinfektion einer Wasserversorgungsanlage ist zunächst eine Analyse oder Abschätzung der virologischen Belastung des Rohwassers mit ihrer Schwankungsbreite erforderlich. Die Leistungsfähigkeit der chemisch/physikalischen Aufbereitung und der Desinfektion kann, sofern keine zuverlässigen Angaben aus anderer Quelle zur Verfügung stehen, mit Hilfe von Bakteriophagen experimentell ermittelt werden, mit denen relativ einfach und kostengünstig zu arbeiten ist.

Zusammenfassend erscheinen folgende Schlüsse erlaubt: Die Gefahr der Übertragung von Viren durch Trinkwasser muss ernst genommen werden. Die in der Schweiz und in Finnland aufge-tretenen Epidemien sollten zum Anlass genommen werden, die Wasserversorgungsanlagen in Bezug auf diese Gefahr erneut zu beurteilen. Die Gefährdung ist durch die bisher angewandten Methoden der Trinkwasseraufbereitung und Desinfektion beherrschbar, wenn diese der Rohwasserqualität angepasst und konsequent in ihrem optimalen Wirkungsbereich eingesetzt werden. 

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