Anlagenbau & Prozesstechnik

Keimen frühzeitig auf der Spur

Die Mikrobiologische Wasserqualität kann mit dem neuem Parameter MFU/100ml schnell und automatisch gemessen werden

19.12.2013 -

CITplus - Mit MFU/100ml (Modified Fishman Units) stellt VWM einen neuen Kennwert für fäkale Verunreinigungen im Wasser samt zugehöriger Messtechnologie vor.

Die Wasserqualität (Güte) wird vor allem, neben anderen Parametern, durch die Fäkalkeimzahl bestimmt. E .coli ist einer der am häufigsten verwendeten Indikatorkeime für fäkale Verunreinigungen und gilt als Maß für die Anwesenheit potentiell pathogener (möglicher krankheitserregender) Mikroorganismen. Je niedriger die Fäkalkeimbelastung ist, umso höher ist die Güte der Wasserqualität. Im Gegensatz zu anderen Parametern wie Temperatur, pH- Wert, Leitfähigkeit oder Sauerstoffgehalt wird die fäkale Belastung heute noch, wie vor 100 Jahren, routinemäßig über die Anzucht von Bakterienkolonien bestimmt. Dieser wichtige Qualitätsparameter kann daher bis heute nicht für automatisches Monitoring oder zur Prozessteuerung herangezogen werden.

Verzicht auf die Anzucht von ­Bakterienkolonien
Das vorgestellte Verfahren zur automatischen Messung der fäkalen Belastung arbeitet nicht mit der Kultivierung von Indikatorbakterien sondern erfasst auf biochemischem Wege alle Indikatorkeime mit intakter Stoffwechselaktivität. Die Messung dauert wenige Minuten und ist voll automatisiert. Das traditionelle Anzüchten von Indikatorbakterien auf Nährmedien dauert demgegenüber mit 18 - 72 Stunden doch sehr lange und ist nicht automatisierbar. Daher kann das traditionelle Verfahren nicht für automatische Early Warning Systeme oder zur Prozessteuerung verwendet werden.
Die beiden Verfahren betrachten die vorhandenen Indikatorbakterien jeweils aus etwas unterschiedlicher Perspektive. Die traditionelle Methode untersucht wie viele Bakterienkolonien sich aus den in der Probe vorhanden Indikatorbakterien entwickeln, wobei nur ein (kleiner) Teil der vorhandenen Indikatorbakterien kultivierbar ist.
Das neue biochemische Verfahren hingegen detektiert die gesamte Stoffwechselaktivität (exakt: die extrazellulären fäkalassoziierten Enzymaktivitäten) aller im Probevolumen vorhandenen Indikatorkeime, egal ob diese kultivierbar sind oder nicht.

CFU und MFU
Die bakterielle Belastung einer Probe wird traditionell in CFU (Colony Forming Units) angegeben. Die Maßeinheit CFU gibt Aufschluss darüber wie viele Bakterienkolonien aus den in der Probe enthaltenen Bakterien gewachsen sind. In gesetzlicheg Richtlinien für Wasser wird je nach Art der Nutzung festgelegt, wie viele CFU pro 100 ml Wasser vorhanden sein dürfen.
Der neu vorgeschlagene Parameter für die biochemische Nachweismethode von fäkaler mikrobiologischer Belastung ist MFU (Modified Fishman Units) und bezeichnet die Enzymaktiviät im Probevolumen. Der Grad der mikrobiologischen Fäkalbelastungen einer Probe wird somit in MFU/100ml angegeben und bezeichnet die fäkalassoziierte enzymatische Stoffwechselaktivität in 100 ml Probevolumen.
MFU ist eine wissenschaftliche Einheit mit klarer Definition und zugehöriger Messvorschrift (s. Kasten Definition MFU). Damit wird es möglich, sämtliche Messgeräte oder Labornachweismethoden auf die Einheit MFU/100 ml zu eichen, unabhängig davon wie sie den Stoffwechsel der Bakterien messen. So werden alle Messwerte direkt vergleichbar, unabhängig von der gewählten Nachweismethode. Zusätzlich können Eckdaten für Messgeräte oder Methoden, bspw. deren jeweilige Nachweisgrenzen, ebenfalls in MFU/100 ml angegeben werden. Diese neue Maßeinheit erlaubt es also, die Messdaten weltweit und unabhängig von der Messtechnologie direkt zu vergleichen.
Ein markanter Unterschied bei Angabe der Messwerte in MFU/100 ml statt CFU/100 ml ist, dass die gefundenen T90-Zeiten, die angeben, wie lange es dauert, bis die Ausgangskeimbelastung um 90 % abgenommen hat, deutlich länger sind. In Abbildung 2 ist eine Vergleichsmessung einer Wasserprobe über einen Zeitraum von 14 Tagen dargestellt. Bemerkenswert ist, dass ein Nachweis von fäkalassoziierter Stoffwechselaktivität (in MFU/100 ml) noch gegeben ist, während mit Anzuchtverfahren (in CFU/100 ml) keine Indikatorkeime mehr detektiert wurden.

Automatische Messung von E. coli in Wasser
VWM (Vienna Water Monitoring Solutions) ist ein österreichisches Start-Up Unternehmen, das Messgeräte entwickelt, die in der Lage sind, den Grad der mikrobiellen Fäkalbelastung anhand enzymatischer Aktivitäten als Indikator für fäkale Verunreinigung über den Stoffwechsel der Bakterien automatisch zu messen. Bei dem angewendeten Messprinzip wird eine mikrobiologische Enzymaktivität gemessen, die mit fäkalen Kontaminationen assoziiert ist. Das während der Messung entstehende fluoreszierende Stoffwechselprodukt wird über eine hochgenaue Fluoreszenzmessung bestimmt. Aus der pro Zeiteinheit im Probevolumen erzeugten Menge an Stoffwechselprodukt kann man auf die mikrobiellen Fäkalbelastung schließen bzw. die Stoffwechselaktivität selbst als Messwert (MFU/100 ml) verwenden.
Entscheidende Vorteile dieser biochemischen Messmethode sind die automatische Messung innerhalb weniger Minuten und die sehr hohe Reproduzierbarkeit von besser als 2 %.
Das Messgerät verarbeitet die Probe vollautomatisch und liefert den Messwert annähernd in Echtzeit. Damit besteht die Möglichkeit, die fäkale Kontamination in Wasser automatisch bis zu 48-mal pro Tag zu messen. Die Nachweisgrenze des Messgerätes liegt zurzeit bei 0,0008 MFU/100 ml oder 0,8 mMFU/100 ml. Durch Vorschalten einer Konzentrationsstufe (Cross Flow Filtration) kann das Gerät auch zur Überwachung von geringsten Spureneinträgen fäkaler Belastungen (z. B. Trinkwasserressourcen und Verteilung) verwendet werden.

Anvisierte Anwendungsgebiete
Der niedrige Energieverbrauch und die geringe Baugröße ermöglichen auch den Einsatz in tragbaren Geräten mit Akkubetrieb. Zurzeit sind fünf Prototypen im Einsatz. Eine Outdoor Messstation mit zwei Geräten wird seit kurzem im Zuge einer Forschungskooperation mit dem Institut für Wassergüte und Ressourcenmanagement der TU Wien betrieben. Die Entwicklung von Seriengeräten hat bereits begonnen und die ersten werden 2015 einsatzbereit sein.
Um die Bedürfnisse und Anforderungen der Anwender in den jeweiligen Einsatzgebieten bestmöglich zu adressieren, ist VWM auf der Suche nach Kooperationspartnern aus den unterschiedlichen Anwendungsgebieten der Technologie. Aktuell werden Anwender aus Forschung und Industrie gesucht, die den ColiMinder und/oder den neuen Parameter MFU/100ml in ihrer Anwendung testen wollen, beispielsweise aus den Bereichen

  • Rohwassermonitoring in Wasser­aufbereitungsanlagen
  • Emissionsmonitoring in Kläranlagen
  • Steuerung gezielter Desinfektion
  • Oberflächenwassermonitoring
  • Qualtitätsüberwachung von Badegewässern


Für diese Anwendungsgebiete könnte der neue Paramter eine wichtige Rolle spielen
1. Prozessteuerung in Wasser­aufbereitungsanlagen
- Detektion von fäkalen Verunreinigungen in Wasser, annähernd in Echtzeit
- Neuer Messparameter für Prozesssteuerung

2. Monitoring von Oberflächenwasser
Online- Datenübertragung und ­Visualisierung

3. Tragbare Messgeräte
- Vor-Ort-Analyse (batteriebetriebe Geräte)

4. Laborgerät für wissenschaftliche ­Anwendungen
Real-Time Messung der Enzymkinetik
- Einzigartige Genauigkeit und Präzision

 

Definition MFU
Modified Fishman Units ist eine wissenschaftliche Einheit welche die enzymatische Aktivität von fäkal-assoziierter ß-D-Glucuronidase definiert. Ein MFU setzt unter definierten Bedingungen pro Stunde 1,0 µg Phenolphthalein aus Phenolphthalein-Glukuronid frei.

Die hier präsentierte Entwicklung von Vienna Water Monitoring Solutions wird von der Austria Wirtschaftsservice (AWS), dem universitären Gründerzentrum Inits, der österreichischen Forschungsfördergesellschaft (FFG) und der Firma Keba AG unterstützt. Wissenschaftliche Kooperationspartner sind die TU Wien, die Universität für Bodenkultur Wien und die Max F. Perutz Laboratories.

Kontakt

VWM GmbH Vienna Water

Dorfstrasse 17
2295 Zwerndorf
Österreich

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