Viren im Trinkwasser,ein Problem?

Juan M. López-PilaRegine Szewzyk

Umweltbundesamt

Comparison of Outbreaks and Outbreak-related Illnesses FromGroundwater and Surface Water for the Period 1971-1996 /1/2/

(Entnommen aus dem Federal Register, 65, 91, 2000)

Water source Total

outbreaks\1\Cases of illnesses

Outbreaks in CWSs

Outbreaks in NCWSs

Total CWS\4\ Total NCWS\4\

Ground 371 (58%) 90,815 (16%) 113 258 43,908 112,940

Surface 216 (33%) 469,721\2\

(82%) 142 43 10,760 2,848

Other 56 (9%) 10,625

(2%) 29 19

All Systems\3\.

643 (100%)

571,161 (100%) 284 320 54,668 115,788

\1\ Modified from Craun and Calderon, 1994, plus 1995-1996 data. \2\ Includes 403,000 cases of illness from a single outbreak in Milwaukee, Wisconsin, 1993. \3\ Includes outbreaks in CWSs + NCWSs + Private wells. \4\ Safe Drinking Water Information System, 1998. CWS: community water system NCWS: Non-community water system

Enterovirus

Norovirus

Verschiedene Viren im Gößenvergleich zu E.coli(nach Black, 1996)

Sind in fäkalbelastetenOberflächengewässern Viren vorhanden?

Sind E.coli und intestinale Enterokokkengute Indikatoren für Viren in Gewässern undin aufbereiteten Wässern?

Sind Viren eine Gefahr für denKonsumenten von Trinkwasser?

Ist die Bestimmung von Krankheitserregernim Trinkwasser ein geeignetes Mittel derQualitätskontrolle und der Vorsorge?

Fragen

Durchdringen einzelne Viren dieBarrieren der

Trinkwasseraufbereitung undgelangen bis zum Verbraucher?

10 10 10 10 10 10 10 10- -3 1 0 1 3 5 7 9

100

80

60

40

20

0

mittlere Do sisS . typhi ( KB E)Rotavi ren (vira le Einheit en )Gar dia la mblia (Zys ten)

Anza

hl d

er in

fizie

rten

Per

sone

n (%

)

Dosis-Wirkungs-BeziehungKonzentration Krankheitserreger

zu Anzahl Infizierter

Anteile der Rohwässer im Trinkwasser

21,9 %

4,8 %

73,3 %

Uferfiltrat Oberflächenwasser Grund- und Quellwasser

River bank filtration

103 - 104pfu/ml

1 cm/h

Culture suspension of Coliphage 138 and 241

samples of surface water

samples of effluent

samples from 10 cmdepth

Surface: ca. 40 m2Surface water body: ca 40 m3 Pore velocity: 180 - 720 cm/d

ADurchbruch von E.coli undBakteriophagen aus einem

Sandfiltrationsbecken

Slow sand filtration pond - 19.11.03 (60 cm/d)

0,1

1

10

100

1000

0 24 48 72 96 120 144 168

Colip

hage

s (p

fu) a

nd

E. c

oli (

mpn

l) / 1

00 m

l

f+ phage 138 - filtrate

Coliphage 241 - filtrate

E.coli - filtrate

detection limit

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

0 24 48 72 96 120 144 168

Sampling time [h]

Cum

ulat

ive

brae

kthr

ough

(%)

of c

olip

hage

s an

d E.

col

iColiphage 138

Coliphage 241

E. coli

BKumulativer Durchbruch von

E.coli und Bakteriophagen auseinem Sandfiltrationsbecken

Phagenplaques

•Filter path required for reducing the phage concentration by

one log

Column Marienfelde 100 cm/d (initially)

Column Marienfelde 100 cm/d (later)

Enclosure500 cm/d

Infiltration Pond 500 cm/d

Phage 138 16 135 16 Two to three logs in 100 cm

Phage 241 (first month)

25 350 20

Phage 241 after 10 months

25 350 (but earlier drop of performance!)

• Filtration path required for reducing four logs assuming the worst-case scenario (one log in 350 cm):

14 meters (But attention to filtration

rate and filter material!!)

Effect of steady state (FU-Column, coliphage 241)

Wannsee - Column (30 cm/d)

0,1

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 480 528 576 624 672 720 768 816 864 912 960 1008

1056

Sampling [h]

Col

ipha

ge 2

41 [p

fu/m

l]

input

4 cm

12 cm

25 cm

50 cm

80 cm

90 cm

100 cm

detectionlimit

Sekundäre Verunreinigung vonTrinkwasser

Rohwasser

Wasser-werk

Trinkwasser

Rohwasser

Wasser-werk

Trinkwasser

Reduktion von Viren bei derWasseraufbereitung

Reduction of test organisms by flocking filtration

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

Influent plantMarienfelde

Effluent plantMarienfelde

Influent PEA Tegel Eff luent PEA Tegel

mpn

or p

fu /

100

ml

E. coli Intestinal enterococci Coliphages

microorganisms by flocking andrapid sand filtration at two plants

GKW NordkanalEinordnung der Membranverfahren

Nano-filtration

Umkehr-Osmose

Sand-filtration

11

1010

100100

Dru

ckdi

ffere

nzD

ruck

diffe

renz

in [

bar]

in [

bar]

Viren BakterienSalzlösungen

0,10,1

PartikelgrößePartikelgröße in [µm] in [µm]0,10,1 1,01,0 10,010,00,010,010,0010,0010,00010,0001 100100

Ultrafiltration

Mikrofiltration

37. Essener Tagung 2004

Viren bei der Mikrofiltration

• § 5 Mikrobiologische Anforderungen (Auszug)• (4) Soweit der Unternehmer und der sonstige Inhaber einer

Wasserversorgungs- oder Wassergewinnungsanlage oderein von ihnen Beauftragter hinsichtlich mikrobiellerBelastungen des Rohwassers Tatsachen feststellen, diezum Auftreten einer übertragbaren Krankheit führen können,oder annehmen, dass solche Tatsachen vorliegen, musseine Aufbereitung, erforderlichenfalls unter Einschluss einerDesinfektion, nach den allgemein anerkannten Regeln derTechnik erfolgen. In Leitungsnetzen oder Teilen davon, indenen die Anforderungen nach Absatz 1 oder 2 nur durchDesinfektion eingehalten werden können, müssen derUnternehmer und der sonstige Inhaber einerWasserversorgungsanlage eine hinreichendeDesinfektionskapazität durch freies Chlor oder Chlordioxidvorhalten.

ADurchbruch von E.coli undBakteriophagen aus einem

Sandfiltrationsbecken

Slow sand filtration pond - 19.11.03 (60 cm/d)

0,1

1

10

100

1000

0 24 48 72 96 120 144 168

Colip

hage

s (p

fu) a

nd

E. c

oli (

mpn

l) / 1

00 m

l

f+ phage 138 - filtrate

Coliphage 241 - filtrate

E.coli - filtrate

detection limit

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

0 24 48 72 96 120 144 168

Sampling time [h]

Cum

ulat

ive

brae

kthr

ough

(%)

of c

olip

hage

s an

d E.

col

iColiphage 138

Coliphage 241

E. coli

BKumulativer Durchbruch von

E.coli und Bakteriophagen auseinem Sandfiltrationsbecken

Gerinne in MarienfeldeGerinne in Marienfelde

Prozentuale Elimination von Indikatororganismenin einem Fließgewässer im Oktober (kühl aber

sonnig)

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

1000,00

0 5 10 15 20 25 30

Versuchzeitraum in Tagen

Elim

inat

ion

in %

CP Ec IE

• The Surface Water Treatment Rule• (SWTR)

• “The Surface Water Treatment Rule, promulgated inJune 29, 1989 (54FR 27486)(40 CFR Part 141,Subpart H)(US EPA 1989b), covers all systems thatuse surface water or ground water under the directinfluence of surface water. It is intended to protectagainst exposure to Giardia lamblia, viruses, andLegionella, as well as many other pathogens.”

• (Federal Register)• “The rule requires all such systems to reduce the

level of Giardia by 99.9% (3-log reduction) andviruses by 99.99% (4-log reduction). Under this rule,all surface water systems must disinfect.” (FederalRegister)

Schlussfolgerungen• Grundwasser (auch als angereichertes Grundwasser),

sofern es bestimmte Voraussetzungen erfüllt(Mindestaufenthalt, keine direkte Verunreinigung aus derOberfläche), ist frei von humanpathogenen Viren.

• Damit die Anforderungen der Trinkwasserverordnungerfüllt werden, müssen Aufbereitungsverfahren, beidenen Oberflächenwasser als Rohwasser verwendetwird, bestimmte, verifizierbare Eliminationsleistungenvon Viren erreichen. Auf eine Desinfektion kann beidiesen Anlagen nicht verzichtet werden.

Gerinnen Ab- und zugedeckt