{"id":2503,"date":"2023-09-09T23:21:11","date_gmt":"2023-09-09T21:21:11","guid":{"rendered":"https:\/\/www.mcm-systeme.de\/ratgeber\/?p=2503"},"modified":"2025-11-09T18:49:03","modified_gmt":"2025-11-09T17:49:03","slug":"bakterien-biofilme-in-schlauch-und-rohrleitungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.mcm-systeme.de\/ratgeber\/bakterien-biofilme-in-schlauch-und-rohrleitungen","title":{"rendered":"Biofilme in Schlauch- und Rohrleitungen"},"content":{"rendered":"

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Als Biofilm werden Zusammenschl\u00fcsse aus Mikroorganismen (z. B. Pilze, Bakterien, Algen, Protozoen) bezeichnet, welche in einer Matrix (Schleim)<\/span>1<\/sup><\/a><\/span> eingebettet sind und sich vorwiegend an Grenzfl\u00e4chen zwischen Gasen und Fl\u00fcssigkeiten (z. B. Wasseroberfl\u00e4che von Seen oder Fl\u00fcssen) oder Festk\u00f6rpern und Fl\u00fcssigkeiten (z. B. Rohrw\u00e4nde oder Sand) ansiedeln. Die Schleimschicht wird aus den Abbauprodukten (z. B. Eiwei\u00dfe und Fette) des eigenen Stoffwechsels gebildet und besteht zum gr\u00f6\u00dften Teil aus Wasser<\/span>2<\/sup><\/a><\/span>, welches in Verbindung mit den Ausscheidungen der Mikroorganismen eine gelartige Form annimmt. Die Matrix wirkt wie eine Schutzschicht und macht die Bakterien widerstandsf\u00e4higer gegen\u00fcber externer Faktoren und Ver\u00e4nderungen der Medienzusammensetzung (pH-Wert, Temperatur, Salze, etc.). In Bereichen, die eine Sterilit\u00e4t vorraussetzen (Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, Trinkwassertechnik usw.), stellt die hohe Resistenz gegen\u00fcber Antibiotika und verschiedener Desinfektionsmittel wie z. B. Chlor<\/span>3<\/sup><\/a><\/span> ein nicht zu untersch\u00e4tzendes Problem dar.<\/p>\n

Biofilme sind praktisch \u00fcberall in der Natur zu finden<\/span>4<\/sup><\/a><\/span> und befinden sich auch auf und in uns Menschen. Man denke hierbei nur an die Darmbakterien. Bakterien-Biofilmen bestehen meist aus verschiedenen Bakteriengattungen oder verschiedenen Arten der selben Gattung, welche miteinander kommunizieren und sich somit wie ein Vielzeller verhalten.<\/span>5<\/sup><\/a><\/span> Es handelt sich um komplexe Systeme, die symbiotisch, antibiotisch oder auch parasit\u00e4r miteinander wechselwirken, wodurch die einzelnen Organismen f\u00fcr sich genommen an Bedeutung einb\u00fc\u00dfen k\u00f6nnen.<\/p>\n

\u00dcber verschiedene Pheromone und Ionen tauschen die Organismen Informationen untereinander aus, um unter anderem zu vermeiden, dass innenliegende Organismen, welche keinen direkten Kontakt zum Medium (z. B. Wasser) besitzen, nicht verhungern, wenn die \u00e4u\u00dfere Schicht die N\u00e4hrstoffe bereits komplett verbrauchen w\u00fcrde<\/span>6<\/sup><\/a><\/span>. Dies w\u00fcrde zu einem Absterben der inneren Schichten f\u00fchren, was wiederum dazu f\u00fchren w\u00fcrde, dass sich die Matrix aufl\u00f6st und der gesamte Biofilm nicht mehr an der Oberfl\u00e4che der Grenzschicht (bei festen Materialien) halten k\u00f6nnte. Der Informationsaustausch, mit dem die Bakterien ihre eigene Populationsgr\u00f6\u00dfe messen und regulieren, wird als \u201equorum sensing\u201c bezeichnet.<\/span>7<\/sup><\/a><\/span>,<\/sup> <\/span>8<\/sup><\/a><\/span><\/p>\n

Wie entstehen Biofilme in Schlauch- und Rohrleitungen?<\/h2>\n

Neue Rohre oder Schl\u00e4uche sind herstellungsbedingt immer steril. Dies liegt an den Temperaturen, die bei der Herstellung ben\u00f6tigt werden. Kommt das Medium (z. B. Trinkwasser), mit dem neuen Rohrmaterial in Kontakt, so setzen sich die im Trinkwasser (tausende pro ml)<\/span>9<\/sup><\/a><\/span> befindlichen Mikroorganismen an den Rohrw\u00e4nden ab. Die Mikroorganismen scheiden Stoffwechselprodukte aus, die einen schleimige Konsistenz aufweisen. Diese werden auch als extrazellul\u00e4re polymere Substanzen (EPS)<\/span>10<\/sup><\/a><\/span> bezeichnet. Ist ein ausreichendes N\u00e4hrstoffangebot vorhanden, so vermehren sich die Organismen durch Teilung und bilden nach Tagen oder Wochen ganze Kolonien von Zellen aus, die gemeinsam in einer Schleimh\u00fclle eingebettet sind.<\/p>\n

Zun\u00e4chst bilden sich an vielen unterschiedlichen Stellen der Rohrwand Kolonien von Mikroorganismen, die sich zun\u00e4chst alle in ihrer Zusammensetzung leicht unterscheiden k\u00f6nnen. Durch die Vermehrung und Ausbreitung der Kolonien an der Rohrwand, treffen diese irgendwann aufeinander. Wachsen Kolonien zusammen, kommt es aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung zu Symbiosen und\/oder K\u00e4mpfen zwischen einigen Mikroorganismen. In dieser Phase kommt es zu nachweisbar erh\u00f6hten Koloniezahlen im Trinkwasser. Es handelt sich dabei allerdings nur eine \u00dcbergangsphase, da zwangsl\u00e4ufig ein Gleichgewicht zwischen den Kolonien entsteht und sich diese gemeinsam organisieren. \u00dcber verschiedene Mechanismen kommunizieren die Mikroorganismen untereinander und tauschen sogar Gene aus, um spezielle Eigenschaften zu entwickeln.<\/p>\n

Im Laufe einiger Monate ist der Biofilm stabil und befindet sich als d\u00fcnner Film an der gesamten Innenseite der Rohrwand. Nach dieser Zeit lassen sich nur noch wenige Schwankungen in der Populationsdichte bei Wassertests ausmachen.<\/span>11<\/sup><\/a><\/span> Die Schwankungen sind h\u00e4ufig auf einen erh\u00f6hten N\u00e4hrstoffeintrag oder auf Stagnation (Stillstand) des Mediums (z. B. Wasser) in den Rohrleitungen zur\u00fcckzuf\u00fchren.<\/p>\n

Welche Problematiken entstehen durch Biofilme<\/h2>\n

Biofilme zeichnen sich dadurch aus, dass sie unter anderem Stoffe aufspalten k\u00f6nnen, die die einzelnen Organismen nicht aufspalten k\u00f6nnten, da sie in einer Gemeinschaft andere Enzyme produzieren. Die hohe Resistenz der Biofilme gegen\u00fcber Desinfektionsmittel (10 bis 1000 Mal resistenter als vereinzelte Bakterien),<\/span>12<\/sup><\/a><\/span>, <\/sup><\/span>13<\/sup><\/a><\/span> sorgt f\u00fcr eine aufw\u00e4ndigere Entfernung der Bakterien. Dies ist vor allem in der Medizintechnik ein Problem, da eventuell vorhandene Biofilme auf Implantaten oder Operationsger\u00e4ten manchmal nicht vollst\u00e4ndig entfernt werden, was zu nachgelagerten Komplikationen f\u00fcr den Patienten f\u00fchren kann.<\/span>14<\/sup><\/a><\/span><\/p>\n

In Schlauch und Rohrleitungen, welche dem Transport von Lebensmitteln oder Wasser (auch Salzwasser) dienen, sind sie allgegenw\u00e4rtig und befinden sich an den Innenseiten der Rohr- oder Schlauchw\u00e4nde. Hier k\u00f6nnen die Bakterienfilme unerw\u00fcnschte Nebeneffekte hervorrufen, indem sie beim Abbau von harmlosen Stoffen aus dem Medium giftige Nebenprodukte ausscheiden. Zudem kommt es h\u00e4ufig zu Korrosion an den Leitungen, da sie Radikale (Ionen) ausscheiden k\u00f6nnen, die mit den Rohr- und Schlauchw\u00e4nden reagieren, wodurch sich diese zersetzen. Derselbe Vorgang ist auch bei Kariesbakterien zu beobachten. Die Biofilme sind in der Lage ihr chemisches Milieu weitgehend selbst zu bestimmen, wodurch an der Rohrwand h\u00e4ufig pH-Werte von 4,5 oder auch niedriger herrschen k\u00f6nnen, wodurch das Material des Rohres zersetzt werden kann.<\/span>15<\/sup><\/a><\/span> Dieser Vorgang wird auch als „Mikrobiell Induzierte Korrosion“ (MIC) oder „Biokorrosion“ bezeichnet.<\/p>\n

Die Biofilme k\u00f6nnen f\u00fcr Organismen lebensgef\u00e4hrliche Bakterien enthalten, die \u00fcber das Trinkwasser aufgenommen werden. Hier spielt vor allem die Bakterienkonzentration eine Rolle. Lange stehendes Wasser kann zu einer h\u00f6heren Konzentration an Krankheitserregern beitragen, da sich die Bakterienkonzentration im Medium stetig erh\u00f6ht, solange genug Nahrung vorhanden ist. Indem das Medium in Bewegung bleibt und st\u00e4ndig durch neues ersetzt wird, kann eine Reduzierung (durch Verd\u00fcnnung) der Bakterienkonzentration erzielt werden.<\/p>\n

Vorteile der Biofilme<\/h2>\n

Nat\u00fcrlich haben die Biofilme auch Vorteile. Generell ist zu sagen, dass in Wasserleitungen eine Sterilit\u00e4t nicht immer erw\u00fcnscht ist. Die F\u00e4higkeit, Stoffe zu verstoffwechseln oder zumindest aufzuspalten, die durch die einzelnen Bakterien nicht aufgespalten werden k\u00f6nnen, erm\u00f6glicht ganz neue Einsatzbereiche und erlaubt es vielleicht irgendwann gezielt bestimmte Medikamente oder andere Stoffe aus Abw\u00e4ssern zu entfernen. Zudem bietet der Bakterienfilm an der Innenseite von Rohrw\u00e4nden eine sch\u00fctzende Schicht, die vor einer Oxidation des Rohrmaterials durch das Medium bawahren kann.<\/p>\n

Generell sind in Biofilme, welche in Bauteilen der Abwasseraufbereitung und in den entsprechenden Rohrleitungen zu finden sind erw\u00fcnscht, da sie hier bereits zur Wasseraufbereitung beitragen k\u00f6nnen, indem Stoffe aufgespalten werden, die sich ansonsten nur schwer herausfiltern lassen w\u00fcrden.<\/span>16<\/sup><\/a><\/span> In Kl\u00e4ranlagen bilden Biofilme somit das Herzst\u00fcck der biologischen Reinigungsstufe. In verschiedenen Verfahren wie bei Tropfk\u00f6rpern oder MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) werden sie gezielt auf den Tr\u00e4germaterialien gez\u00fcchtet<\/span>17<\/sup><\/a><\/span>,<\/sup> <\/span>18<\/sup><\/a><\/span>, um Stickstoff, Kohlenstoff und andere Stoffe durch den biologischen Abbauprozess aus dem Wasser zu entfernen. <\/p>\n

Eine gro\u00dfe Herrausforderung stellt die gezielte Z\u00fcchtung von Biofilmen dar, welche zum Abbau bestimmter Substanzen eingesetzt werden k\u00f6nnen. Obwohl einige Anstrengungen in diesem Bereich unternommen werden, wird es vermutlich noch etwas dauern, bis die komplexen Zusammenh\u00e4nge der Organismen von Biofilmen weitestgehend verstanden sind und gezielt f\u00fcr definierte Zwecke eingesetzt werden k\u00f6nnen. Das Problem liegt vorallem an der wenig kontrollierbaren Zusammensetzung der Biofilme, welche durch das Medium, die Temperatur, der pH-Wert, die Flie\u00dfgeschwindigkeit, sowie der Konzentration bestimmter Stoffe und dem N\u00e4hrstoffangebot abh\u00e4ngig ist. Beides sind in der Realit\u00e4t h\u00e4ufig schwankende Werte, die eine Vorhersag \u00fcber die Organismenzusammensetzung im Biofilm erschweren.<\/p>\n

Einen Anfang in diesem Bereich machen unter anderem Forschende der University of California in San Diego, welche einen Kunststoff mit integrierten Bakterien erzeugt haben, der \u00fcber einen 3D-Drucker ausgedruckt werden kann. Die Bakterien k\u00f6nnten f\u00fcr spezielle Anforderungen genetisch angepasst werden, um bestimmte Stoffe wie z. B. Medikamente aus Abw\u00e4ssern abzubauen.
\n\u00dcber eine spezielle Chemikalie k\u00f6nnen die Bakterien gezielt zerst\u00f6rt werden, wenn diese nicht mehr ben\u00f6tigt werden oder ungewollte Nebeneffekte eintreten.<\/span>19<\/sup><\/a><\/span><\/p>\n

Auch in Deutschland forscht man bereits an M\u00f6glichkeiten zur gezielten Biofilmzusammensetzung. Eine Pilotanlage eines Bioreaktors setzt Bakterien und Pilze ein, welche im Pilotprojekt auf Lavastein gez\u00fcchtet werden, um verschiedenes Mikroplastik abzubauen. Hier wird der Biofilm aus den vorher definierten Bakterien und Pilzen an der Oberfl\u00e4che der Lavasteine gebildet. Die por\u00f6se Struktur der Lavasteine sorgt f\u00fcr eine sehr gro\u00dfe Oberfl\u00e4che und ein hohes Filterpotenzial. Das Mikroplastik setzt sich in die Matrix des Biofilms und kann dort von den Mikroorganismen zersetzt werden. Forschende der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf haben diesen Bioreaktor entwickelt.<\/span>20<\/sup><\/a><\/span>,<\/sup> <\/span>21<\/sup><\/a><\/span> Welche Kunststoffarten genau vom Biofilm zersetzt werden und wieviel tats\u00e4chlich abgebaut wird, ist noch Teil der Forschung.<\/p>\n

Unterscheiden sich Biofilme in Kunststoff- und Metallrohren?<\/h2>\n

Ja, die Zusammensetzung der Biofilme kann sich bei gleichen Medienbedingungen leicht unterscheiden. Dies liegt an der Oberfl\u00e4che der Materialien und an den Materialien selbst. Die Oberfl\u00e4che von Kunststoffrohren ist in der Regel glatter als bei Metallrohren, weshalb Bakterienfilme schlechter an ihnen haften. Au\u00dferdem k\u00f6nnen Metallrohre Ionen abgeben, die sich positiv oder negativ auf die Reproduktion der Bakterien auswirken k\u00f6nnen. In der Regel sind Biofilme in Kunststoffrohren weniger divers und enthalten weniger Bakterienarten. Beachten Sie hierzu den n\u00e4chsten Abschnitt \u201eKunststoffrohre k\u00f6nnen N\u00e4hrstoffquelle\u201c sein. Bei allen Materialien k\u00f6nnen die Ausscheidungen der Bakterien allerdings mit dem Material reagieren.<\/p>\n

In Biofilmen an Kunststoffrohren finden sich h\u00e4ufig folgende Bakterien:<\/p>\n