ZUSAMMENFASSUNG

Die meisten Fahrzeuge in der Abfallwirtschaft sind mit einer Schutzbelüftungsanlage ausgerüstet, die die Fahrerkabinen mit gefilterter Außenluft versorgt. In dieser Arbeit wurden die Schwebstofffilter der Anlagen auf das Rückhaltevermögen gegenüber Mikroorganismen untersucht. Hierzu wurde während des Versuchszeitraumes das Mikroklima im Filterkasten von 18 Fahrzeugen verschiedener Abfallwirtschaftsbetriebe aufgezeichnet und die Filter nach einer Standzeit von sechs Monaten untersucht.

Die Auswertung der Klimadaten zeigte, dass die mittleren Temperaturen an den einzelnen Filtern zwischen 4,8 und 18 °C schwankten. Die mittleren relativen Feuchten lagen zwischen 48 und 85 %.

Die durchgeführten Abstrichproben ergaben für die Rohseiten der Filter Keimdichten von 13 bis ² für mesophile Schimmelpilze, 6 bis 76.000 KBE / cm ² für mesophile Actino40.000 KBE / cm

² für thermophile Actinomyceten. Für Reinseite wurden myceten und < 8 bis 110.000 KBE / cm ² für Schimmelpilze, < 6 bis 570 KBE / cm ² für mesophi-Belastungen von < 6 bis 120 KBE / cm ² für thermophile Actinomyceten ermittelt. le und < 6 bis 2.600 KBE / cm

Die im Strömungskanal ermittelten Emissionswerte der Schwebstofffilter sanken nach 13minütiger Durchströmung meist auf vernachlässigbar kleine Werte. Einige Filter emittierten aber ³ . Die Konzentration mesophiler und thermophiler Actinomyceten inoch bis zu 1.900 KBE / m

der emittierten Luft der Filter lag in der gleichen Größenordnung wie die der Schimmelpilze. Mit Hilfe der mikroskopischen Untersuchung von Klebefilmproben der Schwebstofffilter konnte nur zweimal ein Hyphenwachstum auf der Rohseite ermittelt werden. Auf den Reinseiten konnten keine Hyphen oder Mycelien festgestellt werden. Ein Durchwachsen der Filter konnte daher nicht nachgewiesen werden.

Da die Mikroorganismen auf dem Schwebstofffilter keine optimalen Wachstumsbedingungen vorfinden (sich oft ändernde klimatische Verhältnisse und Stress durch die Durchströmung), ist das Risiko, dass Sporen auskeimen, sich die Mikroorganismen vermehren und das Filtermaterial durchwachsen eher gering. Das Filter stellt daher keine Keimquelle für die Atemluft in den Fahrzeugkabinen dar.

Die Untersuchungen an den Schwebstofffiltern zeigten also, dass ihr Rückhaltevermögen gegenüber Mikroorganismen ausreichend ist. Die in der Praxis übliche Filterstandzeit von sechs Monaten ist demnach vertretbar. Da die Keimdichten und -konzentrationen der untersuchten Schwebstofffilter der beiden Mietenumsetzer höher waren, als die der anderen Fahrzeuge, sollten weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um über eine Verkürzung deren Filterstandzeit zu entscheiden.

- II -

Inhalt

  INHALTSVERZEICHNIS  

1  EINLEITUNG  1

1.1  Literatur  1

1.2  Forschungsprojekt  3

1.3  Ziel der Diplomarbeit  4

2  GRUNDLAGEN.  6

2.1  Schimmelpilze  6

2.1.1  Vorkommen und Lebensbedingungen  6

2.1.2  Gefährdung des Menschen.  9

2.1.3  Schutzmaßnahmen  10

2.2  Actinomyceten  12

2.2.1  Vorkommen und Lebensbedingungen  12

2.2.2  Gefährdung des Menschen.  12

2.2.3  Schutzmaßnahmen  13

2.3  Filtration.  13

2.4  Einflussfaktoren und Randbedingungen  15

3  MATERIALIEN UND METHODEN.  17

3.1  Verwendete Materialien und Geräte  17

3.1.1  Nährböden.  17

3.1.2  Chemikalien  18

3.1.3  Gefäße  18

3.1.4  Geräte  19

3.1.5  Filter  20

3.2  Methodik  20

3.2.1  Filterwechsel und Vorbereitung des Sommerversuchs 2002  20

3.2.2  Beprobung der Prüffilter am klimatisierbaren Strömungskanal  21

3.2.3  Abstrichproben an den Filtern.  24

3.2.4  Klebefilmproben an den Filtern  25

3.2.5  Auslesen der Klimadaten  25

4  UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE  26

4.1  Mikroklima während des Versuchszeitraumes  27

- III -

Inhalt

4.2  Sporendichte auf Rein- und Rohseiten der untersuchten Filter.  34

4.2.1  Ergebnisse der Abstrichproben  34

4.2.2  Ergebnisse der Klebefilmproben.  39

4.3  Emission von Sporen aus den untersuchten Filtern  42

4.3.1  Schimmelpilze  42

4.3.2  Actinomyceten  45

5  BEWERTUNG UND DISKUSSION  47

5.1  Bewertung der Klimadaten.  47

5.2  Vergleich der Untersuchungsergebnisse der Methoden zur Keimbestimmungen.  59

5.2.1  Abstrichproben in Bezug zu den Klebefilmproben.  59

5.2.2  Abstrichproben in Bezug zu den Strömungskanalversuchen.  65

5.3  Bewertung der Einflussfaktoren und Randbedingungen.  76

5.4  Schlussfolgerung  80

6  ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS  82

7  LITERATURVERZEICHNIS.  84

8  ANHANG  87

- IV -

  Abbildungen  

  ABBILDUNGSVERZEICHNIS  

  Abb. 1: Stoffwechsel von Schimmelpilzen mit Beispielen für Sekundärmetaboliten nach 28  

  Abb. 2: Kassettenfilter.  

  Abb. 3: Patronenfilter  

  Abb. 4: Schema des Klimakanals der DMT Prüfstelle für Lufthygiene mit erster  

  Strömungsstrecke (oben) und zweiter Strömungsstrecke (unten) (Pfeile symbolisieren  

  Strömungsrichtung)  

  Abb. 5: Zweite Strömungsstrecke des klimatisierbaren Strömungskanals zum Beproben der  

  Prüffilter  

  Abb. 6: Datenlogger testostor 175-2  

- V -

  Diagramme  

  DIAGRAMMVERZEICHNIS  

  Diagramm 1: Keimdichte mesophiler Schimmelpilze der Roh- und Reinseite der  

  Schwebstofffilter in Bezug zu den jeweiligen mittleren relativen Feuchten während des  

Versuchszeitraumes.   48

  Diagramm 2: Keimdichte mesophiler Actinomyceten der Roh- und Reinseite der  

  Schwebstofffilter in Bezug zu den jeweiligen mittleren relativen Feuchten während des  

Versuchszeitraumes.   48

  Diagramm 3: Keimdichte thermophiler Actinomyceten der Roh- und Reinseite der  

  Schwebstofffilter in Bezug zu den jeweiligen mittleren relativen Feuchten während des  

Versuchszeitraumes.   49

  Diagramm 4: Darstellung der Klimadaten des Fahrzeuges G in der Woche vom 26.11.01 bis  

02.12.01   52

  Diagra mm 5: Darstellung der Klimadaten des Fahrzeuges M in der Woche vom 26.11.01 bis  

02.12.01   55

  Diagramm 6: Darstellung der Klimadaten des Fahrzeuges N in der Woche vom 26.11.01 bis  

02.12.01   56

  Diagramm 7: Darstellung der Ergebnisse der Abstrichproben der Rohseite der untersuchten  

  Schwebstofffilter  63

  Diagramm 8: Darstellung der Ergebnisse der Abstrichproben der Reinseite der untersuchten  

  Schwebstofffilter  64

  Diagramm 9: Graphische Darstellung der Emissionswerte nach 30 s Durchströmung im  

  Versuchskanal  74

  Diagramm 10:Graphische Darstellung der Emissionswerte nach 60 s Durchströmung im  

  Versuchskana l  75

  Diagramm 11:Graphische Darstellung der Emissionswerte nach 2 min Durchströmung im  

  Versuchskanal  75

  Diagramm 12:Graphische Darstellung der Emissionswerte nach 3 min Durchströmung im  

  Versuchskanal  76

  Diagramm 13:Graphische Darstellung der Emissionswerte nach 13 min Durchströmung im  

  Versuchskanal  76

- VI -

  Tabellen  

TABELLENVERZEICHNIS Seite   

  Tab. 1: Verwendete Nährmedien.  17

  Tab. 2: Verwendete Chemikalien.  18

  Tab. 3: Benutzte Gefäße  18

  Tab. 4: Verwendete Geräte zur Beprobung und Probenaufarbeitung  19

  Tab. 5: Verwendete Filter für die Emissionsmessung im Strömungskanal.  20

  Tab. 6: Zuordnung der Fahrzeuge  26

  Tab. 7: Statistische Auswertung der Klimadaten an den Schwebstofffiltern.  27

  Tab. 8: Belastungsstufen der Abstrichprobenahme nach 35  34

  Tab. 9: Konzentration mesophiler Pilzsporen in von Schwebstofffiltern emittierter Luft  43

  Tab. 10: Konzentration mesophiler und thermophiler Actinomycetensporen in von  

  Schwebstofffiltern emittierter Luft  46

  Tab. 11: Übersicht über Keimdichten und die mikroskopische Untersuchung auf der Roh- und  

  Reinseite der Schwebstofffilter  62

  Tab. 12: Übersicht über Keimdichte auf der Roh- und Reinseite der Schwebstofffilter und der  

  Konzentration mesophiler Pilzsporen, die von den Schwebstofffiltern im  

  Strömungskanalversuch freigesetzt wurden.  65

  Tab. 13: Übersicht über Keimdichte auf der Roh- und Reinseite der Schwebstofffilter und der  

  Konzentration mesophiler Actinomyceten, die von den S chwebstofffiltern im  

  Strömungskanalversuch freigesetzt wurden.  70

  Tab. 14: Übersicht über Keimdichte auf der Roh- und Reinseite der Schwebstofffilter und der  

  Konzentration thermophiler Actinomyceten, die von den Schwebstofffiltern im  

  Strömungskanalversuch freigesetzt wurden.  72

- VII -

1 EINLEITUNG

Luftfilteranlagen dienen neben der Reinigung der Luft von Stäuben auch der Rückhaltung von Mikroorganismen. Dieser Aspekt ist in Arbeitsbereichen mit hohen Konzentrationen an Mikroorganismen maßgeblich für den Arbeitsschutz von Bedeutung.

Sind die auf dem Filter abgeschiedenen Mikroorganismen aber in der Lage, sich zu vermehren, das Filter zu durchwachsen und werden dann auf der Reinseite in die Luft abgegeben, stellt dies ein zusätzliches Gesundheitsrisiko da.

Zu dieser Thematik sind bereits Untersuchungen durchgeführt worden, die zu unterschiedlichen Ergebnissen geführt haben.

1.1 Literatur

Rüden und Botzenhart [29, 30 und 31] untersuchten die Mikroorganismenkonzentration auf Luftfiltern an einer laufenden Klimaanlage bei einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 70 %. Die Untersuchungen ergaben keine Abhängigkeit zwischen Filterstandzeit und Mikroorganismenkonzentration auf den Filtern. Unabhängig von der Standzeit wurde ein beträchtliches Absterben vegetativer Mikroorganismen festgestellt. Sporenbildner und Pilzarten hingegen überlebten, ohne sich aber zu vermehren. Bei höheren relativen Luftfeuchtigkeiten wurde sogar eine höhere Absterberate vegetativer Formen beobachtet. Rüden und Botzenhart vermuten eine bakteriostatische bzw. bakteriozide Wirkung des Staubes.

Weiter nehmen die Autoren an, dass sich eine kontinuierliche Durchströmung des Filters negativ auf die Mikroorganismen auswirkt, da einige Keimarten bei Nichtdurchströmung besser überlebten als bei Durchströmung.

Rüden et al. [32 und 33] führten weitere Untersuchungen an Hochleistungsschwebstoff(HOSCH-) Filtern auf Pilze und Bakterien durch. Nach 21 Tagen Versuchszeit konnte weder bei Pilzen noch bei Bakterien eine Vermehrung oder ein Durchwachsen der Filter festgestellt werden. Die Mikroorganismen auf gebrauchten Filtern starben schneller ab als auf ungebrauchten. Nur durch die Aufgabe von Nährmedien konnte ein Durchwachsen der Filter von Pilzen forciert werden. Daraus schlussfolgerten die Autoren, dass HOSCH-Filter keine ausreichende Nähstoffbedingungen für Mikroorganismen bieten.

Elixmann [6] kam nach Untersuchungen an einer raumlufttechnischen (RLT-) Anlage zu dem Schluss, dass der Staub auf den gebrauchten Luftfiltern von Pilzen als Nährsubstrat verwendet

- 1 -

werden kann. Er stellte fest, dass die Konzentration von einigen Pilzen, die allergologisch relevant sind, bei Luftfeuchtigkeiten über 70 % nach den Filtern (Grob- [G3-] und Feinstaub- [F7-] Filter)gleich oder sogar höher waren als vor den Filtern. Untersuchungen mit dem Rasterelektronenmikroskop zeigten Pilzhyphen sowohl auf den Roh- als auch auf den Reinseiten. Daher fo lgerte der Autor, dass Filter zu einer Quelle für Pilzsporen werden können statt sie zurückzuha lten.

In einer weiteren Studie stellten Elixmann und Jorde [5] fest, dass sich Pilze in Glasfaser-Taschenfiltern (G3 und F7) bei hohen relativen Luftfeuchten vermehren können. Der Umfang und die Rahmenbedingungen des Durchwachsens konnten in dieser Studie nicht geklärt werden.

Martikainen et al. [21] fanden während ihrer Untersuchungen an unterschiedlichen RLT-Anlagen eine positive Korrelation zwischen dem Wassergeha lt der Luftfilter und der Bakterienkonzentration. Für Pilze konnte dies nicht festgestellt werden. Die Versuche zeigten des Weiteren eine stärkere Beeinflussung der Mikroorganismen durch die Luftfeuchtigkeit als durch die Temperatur.

Untersuchungen zur Wirksamkeit eines Glasfaser-, eines Polymerfaser- und eines zweistufigen Elektrofilters gegenüber Mikroorganismen in RLT-Anlagen und deren Wachstum in diesen Filtern führten Kemp et al. [16 und 17] durch. Ein Jahr lang wurden Luftfilter mit Außenluft durchströmt. Danach konnte kein mikrobielles Wachstum festgestellt werden. Als die gleichen Luftfilter anschließend mit einer konstanten Luftfeuchtigkeit von 90 % rF durchströmt wurden, trat innerhalb von vier Wochen ein Pilzwachstum auf. Bei einem weiteren Versuch in einem Umluft-Kanalsystem bei 21 °C und 90 % rF mit den gleichen Filtern, konnte nach einem Jahr nur auf der Rohseite des Glasfasermediums ein Pilzwachstum festgestellt werden. Die nur minimal mit Keimen belastete Umgebungsluft wurde während des Versuchs intermittierend mit Cladosporien-Pilzsporen beaufschlagt. Erst nach Durchfeuchtung der Filter und zusätzlicher Aufgabe von Nährstofflösung konnte ein Durchwachsen beobachtet werden.

Feld- und Laborstudien von Möritz [22] an verschiedenen Filtertypen (Taschen- und Kassettenfilter) der Klassen F7 und F6, die aus Glas-, Synthese- und Zellulosefasern bestanden, ergaben, dass es bei lang anhaltender hoher Luftfeuchtigkeit zu einer Vermehrung der abgeschiedenen Mikroorganismen und daher zu einer massiven Abgabe von Pilzsporen, Hefen und speziell von

- 2 -

Bakterien kommt. Trockenphasen durch periodische Schwankungen der Feuchtigkeit führten aber zu einem Absterben der Mikroorganismen.

Alle Untersuchungen gehen von Bedingungen einer RLT-Anlage aus. Die Keimbelastungen und klimatischen Bedingungen der Schutzbelüftungsanlagen von Fahrzeugen in der Abfallwirtschaft sind aber völlig anders. Daher besteht auf diesem Gebiet weiterer Forschungsbedarf.

1.2 Forschungsprojekt

Die Tiefbau-Berufsgenossenschaft (TBG) beauftragte das Labor Dr. Rabe HygieneConsult 1999 mit der Durchführung eines Forschungsprojektes. In diesem Projekt soll die Möglichkeit erforscht werden, ob und unter welchen Bedingungen Schimmelpilze in der Lage sind, Schwebstofffilter in Belüftungsanlagen in Fahrzeugen der Abfallwirtschaft zu durchwachsen. Das Projekt gliedert sich in vier Teilprojekte, von denen diese Diplomarbeit das Dritte darstellt. In den vorangegangenen Projektabschnitten wurde im Laborversuch gezeigt, dass Schimmelpilze Staub mit hohem organischen Anteil als Nahrungsquelle nutzen können. Die Schimmelpilzsporen keimten bei konstanter Luftfeuchtigkeit von = 86 % rF und die Pilze wuchsen durch die staubbeladenen Hochleistungsschwebstofffilter (HEPA-Filter).

In weiteren Laborversuchen wurde unter Simulation realer Einsatzbedingungen von Schutzbelüftungsanlagen bei hoher Luftfeuchtigkeit eine Durchwachsung festgestellt. Bei einem Median der relativen Luftfeuchte von 97 % war die Durchwachsung erheblich. Sie reduzierte sich deutlich bei einem Median von 85 % rF, war aber noch vorhanden. Nach vier Wochen war keine Freisetzung von Schimmelpilzsporen auf der Reinseite des Filters festzustellen und Pilze nur in geringem Maße nachzuweisen.

In einer weiteren Versuchsreihe wurde der Einfluss der Standzeit des Filters untersucht. Nach sechs Wochen bei variierender hoher Luftfeuchte war eine Durchwachsung des Filtermaterials festzustellen. Die Sporenfreisetzung auf der Reinseite war bemerkenswert. HEPA-Filter können also von Schimmelpilzen durchwachsen werden, die auf der Reinseite neue Sporen bilden und diese in die Reinluft abgeben. [27]

Der zweite Teil des Forschungsvorhabens bestand aus einem Praxisversuch, in dem Schwebstofffilter von sieben Fahrzeuge aus der Abfallwirschaft, die über drei Monate im alltäglichen Gebrauch waren, beprobt wurden. Hierzu wurden in jedem Fahrzeug neue Filter eingesetzt und diese zusätzlich mit einem Klimadatenlogger ausgestattet.

Nach drei Monaten wurden die Schwebstofffilter und Datenlogger aus der Schutzbelüftungsanlage entnommen und im Labor untersucht. Die ausgelesenen Klimadaten ergaben, dass die mitt-

- 3 -

lere Temperatur zwischen 17,4 und 24,8 °C und die mittlere relative Feuchte zwischen 46 bis 84 % schwankte.

Die Schwebstofffilter wurden mittelbar nach der Entnahme im Strömungskanal untersucht, wobei eine Freisetzung von Pilzsporen festgestellt wurde. Die Sporenkonzentration in der Luft auf der Reinseite des Filters war jedoch relativ gering.

Des Weiteren wurden von dem Schwebstofffilter Abstrichproben auf der Roh- und Reinluftseite ² (Schimmelentnommen. Deren Auswertungen ergaben Keimdichten von 16 bis 1480 KBE / cm ² (Schimmelpilze) auf der Reinluftseite des pilze) auf der Rohluftseite und <5 bis 127 KBE / cm Filters.

Auf den entnommenen Klebefilmproben auf Roh- und Reinluftseite wurden keine offensichtlichen Durchwachsungen des Filtermaterials durch Schimmelpilze festgestellt. In sechs der sieben Fahrzeuge war die mittlere relative Feuchtigkeit im Vergleich zu den Laborbedingungen gering. Der höchste Mittelwert lag bei 68 % rF. Ein Hyphenwachstum ist unter diesen Bedingungen eher unwahrscheinlich. Die relative Feuchte des siebten Fahrzeuges betrug im Mittel 84 %, aber auch hier wurde nur auf der Rohluftseite des Filters ein Mycelwachstum festgestellt. Auf der Reinluftseite war eine Durchwachsung des Filtermaterials nicht nachweisbar. [35]

Die geringe Anzahl der Fahrzeuge und der relativ kurze Versuchszeitraum ließen keine statistisch abgesicherten Aussagen zur Keimfreisetzung aus Schwebstofffiltern in der Praxis zu, so dass weiterer Forschungsbedarf bestand.

Im dritten und vierten Projektteil sollten nun in Praxisversuchen Schwebstofffilter, die mit Klimadatenlogger für je sechs Monate in 18 Fahrzeugen eingesetzt waren, untersucht werden.

1.3 Ziel der Diplomarbeit

Im Rahmen der Diplomarbeit soll der dritte Teil des obigen Forschungsvorhabens, die sechsmonatige Versuchsreihe des Winterhalbjahres 2001/2002, ausgewertet und der vierte Teil, die Versuchsreihe des Sommerhalbjahres 2002, vorbereitet werden. Ein weiterer Teil der Diplomarbeit stellt die Untersuchung der Schwebstofffilter auf das Durchwachsen von Actinomyceten dar. Dieser Teil der Diplomarbeit wurde aufgrund der Aktualität erst in deren Verlauf hinzugefügt. Auf diesem Gebiet besteht noch sehr hoher Forschungsbedarf.

Hierzu wurden alle Schwebstofffilter und Klimadatenlogger, die in den 18 Fahrzeugen in ve rschiedenen Betrieben der Abfallwirtschaft für sechs Monate eingesetzt waren, im Austausch entnommen. Die Filter wurden auf Schimmelpilze und Actinomyceten untersucht. Die eingesetz-

- 4 -

ten Klimadatenlogger wurden ausgelesen und nach dem Überprüfen der Messgenauigkeit wieder in die Fahrzeuge eingesetzt.

Die zentrale Fragestellung war wieder, inwieweit eine Sporenbildung bzw. ein Hyphenwachstum auf der Reinluftseite erfolgte.

Nach Auswertung der Klimadaten der einzelnen Standorte der Fahrzeuge soll entschieden werden, ob Standorte mit zu geringer mittlerer Feuchte eventuell durch neue ersetzt werden müssen, da hier keine Bedingungen für ein Durchwachsen des Filtermaterials gegeben sind.

- 5 -

2 Grundlagen

2.1 Schimmelpilze

In dieser Arbeit soll festgestellt werden, ob Schimmelpilzsporen auf Schwebstofffiltern auskeimen, Schimmelpilze dort wachsen und sich vermehren können. Um dieser Fragestellung nach zu gehen, sind grundlegende Kenntnisse über das Vorkommen und die Lebensweise von Schimmelpilzen, deren Gefährdung für den Menschen und mögliche Schutzmaßnahmen notwendig.

2.1.1 Vorkommen und Lebensbedingungen

Schimmelpilze wachsen auf zersetzbaren, organischen Materialien, da sie als kohlenstoffheterotrophe Mikroorganismen auf exogene organische Kohlenstoffquellen angewiesen sind. Untersuchungen von Elixmann [6] zeigten, dass nur wenige Pilzarten nicht auf Filterstaubnährböden keimen. Es handelte sich bei diesen Untersuchungen um sterilisierten Staub, der sich im Vorfilter einer RLT-Anlage abgesetzt hatte. Der Staub, der an den Schwebstofffiltern der Schutzbelüftungsanlagen der untersuchten Fahrzeuge abgeschieden wurde, enthält ebenfalls ausreichend organische Stoffe, die Schimmelpilze als Nahrungsquelle nutzen können. Dies zeigten Untersuchungen im Rahmen des oben genannten Forschungsprojektes der TBG [37]. Schimmelpilze sind im und auf dem Boden sehr verbreitet. Ihre Sporen und Mycelfragmente befinden sich aber auch in der Luft und können so über größere Strecken transportiert werden. Begrenzender Faktor für das Auftreten von Schimmelpilzen ist seltener ein Mangel an Nährstoffen, die Anwesenheit von hemmenden Substanzen oder konkurrierende Arten, sondern die Feuchtigkeit der Umgebung.

Das Wachstum von Schimmelpilzen ist außerdem von physikalischen Faktoren wie der Temp eratur, dem Wassergehalt des Substrates und der Luft, dem pH-Wert des Substrates, vom Licht und der Zusammensetzung der Atmosphäre abhängig.

Schimmelpilze, die in einem mittleren Temperaturbereich überleben und sich fortpflanzen, nennt man mesophil. Ihr Minimum liegt meist bei 0° C, das Optimum bei 25 bis 35° C und das Maximum zwischen 30 und 40° C. Diese Schwankungen sind in einer Schutzbelüftungsanlage eines Fahrzeuges in der Abfallwirtscha ft am Filter gegeben, da durch die Erwärmung des Motors im Fahrzeug hohe Temperaturen entstehen und nachts durch die klimatischen Bedingungen eine Abkühlung stattfindet. Neben den mesophilen, gibt es auch thermotolerante und thermophile Schimmelpilze. Da die Erfassung aller Keime in Abfallwirtschaftsbetrieben aber zu aufwendig ist, beschränken sich die Untersuchungen des oben genannten Forschungsprojektes auf mesophile Schimmelpilze als Leitkeime.

- 6 -

Ein sehr wichtiger Faktor für den Stoffwechsel von Schimmelpilzen ist der Wassergehalt in den Nährsubstraten. Von den Schimmelpilzen kann aber nicht das gesamte Wasser im Nährboden verwendet werden, da ein Teil durch Substanzen wie Salze, Kohlenhydrate und Eiweißstoffe gebunden wird. Von großer Bedeutung ist daher der Wert der Wasseraktivität, welcher die Wassermenge angibt, „die bei längerem Aufenthalt des Substrates mit der umgebenden relativen Luftfeuchte im Gleichgewicht steht (Gleichgewichtsfeuchte).“[23] Die Wasseraktivität kann wie folgt ermittelt werden:

rF W ⋅ =

100 a

rF relative Feuchte in % a W Wasseraktivität

Das Optimum für die meisten Schimmelpilze liegt bei a W = 0,95 bis 0,98 und das Minimum bei 0,80 bis 0,85. Mathematische Berechnungen haben gezeigt, dass ein Pilzwachstum bei a W = 0,61 sehr unwahrscheinlich ist. Die Wasseraktivität hat auch einen Einfluss auf die Fortpflanzung der Schimmelpilze, so wird z.B. bei der Sporenbildung ein höheres a W - Minimum benötigt, und auch die Toxinbildung toxinogener Schimmelpilze kann nur bei hohen a W - Werten stattfinden. Umgekehrt wirkt sich der Wassergehalt in der Luft auf die Freisetzungsrate vieler Schimmelpilze aus. In trockener Luft werden mehr Sporen freigesetzt als in feuchter Luft. Der pH-Bereich für die meisten Schimmelpilze liegt im leicht sauren, d.h. zwischen 4,5 bis 6,5. Es gibt aber auch Arten deren Toleranz bis pH = 8 geht oder andere die bei pH = 2 überleben. Viele Schimmelpilze besitzen die Fähigkeit mit den Ausscheidungen ihrer Stoffwechselprodukte den pH-Wert in ihrer Umgebung zu ändern.

Im Allgemeinen hat Licht keinen Einfluss auf das Wachstum, bei einigen Arten von Schimmelpilzen beeinflusst die Art und Intensität der Beleuchtung jedoch die Fortpflanzung. So kann durch Licht die Konidienbildung angeregt und die Sporendichte beeinflusst werden. Schimmelpilze sind zwar aerob wachsend, können aber auch bei sehr geringem Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre überleben. Es gibt sogar Arten, die in reinem Stickstoff auskeimen können. Durch einen steigenden Kohlendioxidgehalt wird die Wachstumsgeschwindigkeit vieler Schimmelpilze gehemmt.

Schimmelpilze vermehren sich meist asexuell durch Sporen und deren Trag- und Hüllorgane (Conidiomata). Sporen können unterschiedlich gebildet werden, z.B. durch Abschnürung der Hyphenenden (Konidiosporen), im Inneren von Behältern (Sporangiosporen) oder durch das Zerbrechen von Hyphen in Einzellen (Arthrosporen). Es gibt aber auch Chlamydosporen und

- 7 -

Sklerotien, die besonders dickwandige Pilzeinheiten mit Überdauerungsfunktion sind. Schimmelpilze vermehren sich aber auch durch das Auswachsen der Hyphen. Alle Teile des Mycels (Gesamtheit der Hyphen) sind potentiell wachstumsfähig. Überimpft man nur ein kleines Stück des Mycels, kann sich ein neuer Thallus (Vegetationskörper) bilden. Das Auskeimen der auf dem Filter abgeschiedenen Sporen ist für das Durchwachsen von Schwebstofffiltern verantwortlich. Den Stoffwechsel von Schimmelpilzen unterteilt man in Primär- und Sekundärstoffwechsel, wobei der Primärstoffwechsel bei allen Arten ähnlich abläuft. Erst im Sekundärstoffwechsel entstehen bei jedem Schimmelpilz unterschiedliche Endprodukte (Sekundärmetabolite). In der folgenden Abbildung (Abb. 1)sind Beispiele für Reaktionen des Stoffwechsels angegeben. [15, 23 und 28]

Primärstoffwechsel Primärmetabolite Sekundärmetabolite

zyklus

Abb. 1: Stoffwechsel von Schimmelpilzen mit Beispielen für Sekundärmetaboliten nach [28]

- 8 -

2.1.2 Gefährdung des Menschen

Die beim Stoffwechsel von einigen Schimmelpilzen entstehenden Mykotoxine können Vergiftungserkrankungen hervorrufen, aber auch der direkte Kontakt mit Pilzen kann zu Erkrankungen führen.

Zu den wichtigsten Krankheiten, die von Schimmelpilzen hervorgerufen werden, zählen:

• Mykosen: Wachstum von Schimmelpilzen am oder im Wirt (z.B. Befall der Haut o-

stehung von Krankheitssymptomen nicht eindeutig bewiesen, meist aber offensichtlich. [28]

Für die Fahrer von Fahrzeugen in Abfallwirtschaftsbetrieben sind hauptsächlich Atemwegserkrankungen und Mykosen durch luftgetragene Schimmelpilze in Be tracht zu ziehen. Da der gesunde Mensch über ein natürliches Abwehrsystem verfügt, ist die Inhalation luftgetragener Schimmelpilzsporen normalerweise nicht gefährlich. Sobald er aber durch ein geschwächtes Immunsytem oder andere Vorschädigungen (z.B. durch Rauchen) beeinträchtigt ist, können Sporen eine Gesundheitsgefahr darstellen. Die Größe der Schimmelpilzsporen ist entscheidend, denn je kleiner sie sind, desto tiefer können sie in die menschlichen Atemwege eindringen, so dass Sporen < 5 µm als lungengängig und < 2 bis 3 µm als alveolengängig bezeichnet werden.

Die Inhalation von mykotoxinhaltigen Pilzelementen führt auch für gesunde Menschen teilweise zu Beschwerden, die nicht genau spezifiziert werden können. Unabhängig von der Giftigkeit und der Pathogenität der Schimmelpilze belasten hohe Sporenkonzentrationen in der Atemluft grundsätzlich das Immunsystem des Menschen. [23]

Gefährdungen in der Abfallwirtschaft

In der Abfallwirtschaft kommt es insbesondere auch in Kompostwerken zu hohen Keimemissionen, da dort organische Abfälle gezielt durch Mikroorganismen zersetzt werden. Dieser Zweig der Abfallwirtschaft wächst seit 1993 mit Inkrafttreten der TA Siedlungsabfall, die eine flächendeckende Erfassung biologisch abbaubarer Abfälle vorsieht.

- 9 -

Die Kompostierung ist ein aerober, thermophiler Prozess, der sehr gute Lebens- und Vermehrungsbedingungen für Mikroorganismen liefert. Dies führt besonders bei der Mietenumsetzung zu einer massiven Sporenfreis etzung. Da der Kompostierungsprozess thermophil abläuft, findet eine extreme Vermehrung von thermophilen und thermotoleranten Schimmelpilzen und Actinomyceten, unter denen sich auch fakultativ pathogene Arten befinden, statt. So hat Beffa et al. [2] in einer Untersuchung herausgefunden, dass in einem Monat altem Kompost die thermotolerante Schimmelpilzflora bis zu 90 % aus Aspergillus fumigatus besteht, der der häufigste Auslöser von Aspergillosen ist.

Die Konzentration von Schimmelpilzen und Actinomyceten in der Luft in Abfallwirtschaftsbe- ³ und10 ⁷ KBE / m ³ . Von Göttlich trieben schwanken nach Mücke und Lemmen [23] zwischen 10

und Engesser [7] wurde in Fahrerkabinen von Radladern in 6 Kompostwerken der BRD eine ⁶ KBE / m ³ ermittelt, der Wert für Actinomyceten lag in durchschnittliche Belastung von 9,8 x 10

der selben Größenordnung. Streib et al. [26] haben in einer Untersuchung einer Wertstoffsortie ranlage mit Kompostierung 90 % der Keime mit der Feinstaubfraktion (Partikelgröße < 7 µm) abgeschieden. Mehr als 50 % der Keime waren mit einer Größe von 2-4,7 µm lungengängig und

stellen somit ein großes Gesundheitsrisiko (Asthma, Alveolitis und Infektionen) dar. Auch Untersuchungen in Skandinavien lieferten ähnliche Werte.

Studien in den USA, Großbritannien, Finnland und Dänemark zeigten, dass Beschäftigte in der Abfallwirtschaft einem höheren Risiko für Affektionen des Bewegungsapparates, Atemwegserkrankungen, fieberhafte Reaktionen (Organic Dust Toxic Syndrom), gastrointestinale Beschwerden und Schleimhautirritationen ausgesetzt sind. [26]

2.1.3 Schutzmaßnahmen

Es gibt bisher keine verbindlichen Grenzwerte für Bioaerosole, wozu auch luftgetragene Schimmelpilze zählen. Die Biostoffverordnung (BiostoffV) regelt den Arbeitsschutz im Umgang mit biologischen Arbeitsstoffen. Dies geschieht aber branchenübergreifend, so dass zur konkreten Umsetzung der BiostoffV weitere Regelwerke aufgestellt worden sind. Die Technischen Regeln für Biologische Arbeitsstoffe (TRBA) spiegeln den sicherheitstechnisch, arbeitsmedizinisch und hygienisch aktuellen Stand der Technik wieder. Die TRBA 211 gibt einen Technischen Kon- ⁴ KBE/ m ³ für mesophile Schimmelpilze in der Atemluft an. Dieser trollwert (TKW) von 5 x 10

soll durch geeignete bauliche, technische, organisatorische und personenbezogene Schutzmaßnahmen erreicht werden, wie z.B. in Abschnitt 5.3.1 der TRBA beschrieben durch eine Schut zbelüftungsanlage. [11] Der TKW liefert aber nach der TRBA 405 „keine Aussagen zu Korrelation zwischen Expositionen und damit verbundenen möglichen gesundheitlichen Beeinträchtigun-

- 10 -

gen der Beschäftigten“ und auch bei Einhaltung der TKW ist eine Beeinträchtigung der Gesundheit nicht auszuschließen. [9]

Daher muss versucht werden, die Risiken und Gefahren so gering wie möglich zu halten. Die „Richtlinie 2000/54/EG des Europäischen Parlaments und Rates vom 18. September 2000 über den Schutz der Arbeitnehmer gegen Gefährdung durch biologische Arbeitsstoffe bei der Arbeit“ sieht daher in Artikel 2 eine Einteilung der Arbeitsstoffe in vier Risikogruppen vor. Schimmelpilze (z.B. Aspergillus fumigatus) und Actinomyceten (z.B. Actinomadura pelletieri) werden der Risikogruppe 2 zugeordnet, da dies Organismen sind, „die eine Krankheit beim Menschen he rvorrufen können und eine Gefahr für Arbeitnehmer darstellen können; eine Verbreitung des Stoffes in der Bevölkerung ist unwahrscheinlich; eine Vorbeugung oder Behandlung normale rweise möglich“. Nach Artikel 4 gehören „Arbeiten in Müllbeseitigungsanlagen“ nicht zu Tätigkeiten, die absichtlich mit biologischen Arbeitsstoffen umgehen, die aber zu „einer Exposition der Arbeitnehmer gegenüber einem biologischen Arbeitsstoff führen kann“. Bei den biologischen Arbeitsstoffe, die der Risikogruppe 1 zugeordnet sind, ist es unwahrscheinlich, dass sie beim Menschen eine Krankheit verursachen. Die Risikogruppen 3 und 4 sind gefährlicher als Risikogruppe 2. Biologische Arbeitsstoffe der Gruppe 3 können schwere Krankheiten beim Menschen hervorrufen und eine ernste Gefahr für Beschäftigte darstellen. Die Gefahr einer Verbreitung in der Bevölkerung kann bestehen, normalerweise ist aber eine wirksame Vorbeugung oder Behandlung möglich. Für Stoffe der Risikogruppe 4 ist eine wirksame Vorbeugung oder Behandlung nicht möglich.

In Kapitel II der Richtlinie werden die Pflichten der Arbeitgeber genannt, z.B. geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) und Desinfektionsmittel zur Verfügung stellen, zuständige Behö rden sowie ihre Arbeitnehmer unterrichten und die Arbeitnehmer ausreichend und angemessen unterweisen.

Artikel 14 Kapitel III sieht eine Gesundheitsüberwachung der Arbeitnehmer vor, um eventuelle Schäden und Erkrankungen durch die Gefahrstoffe so früh wie möglich zu erkennen, Gegenmaßnahmen zu ergreifen und alle Krankheits- bzw. Todesfälle der zuständigen Behörde zu me lden. [13]

Die BioStoffV vom 27. Januar 1999 setzt in Verbindung mit dem Arbeitsschutzgesetz die EG-Richtlinie 90/679/EWG vom 26. November 1990 in nationales Recht um. [14] Sie muss aber durch das Erscheinen der neuen Richtlinie 2000/54/EG des Europäischen Parlaments und Rates vom 18. September 2000 überarbeitet und aktualisiert werden.

Der Arbeitskreis des Länderausschusses für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik (LASI) erarbeitete in den Leitlinien des Arbeitsschutzes in Wertstoffsortieranlagen Schutzmaßnahmen zur

- 11 -

Vermeidung von Gesundheitsgefährdungen durch luftgetragene Keime. Diese sehen u.a. auch „geschlossene klimatisierte Fahrerkabinen für Radlader und Gabelstapler im Anlieferungsbereich“ vor sowie eine „regelmäßige Kontrolle und Wartung der lüftungstechnischen Anlagen“. Außerdem sollten in Anlieferbereichen von Abfallbetrieben keine Dauerarbeitsplätze eingerichtet werden, um eine Langzeitexposition zu vermeiden. [25]

Die Publikation LV 15 der LASI gibt im Abschnitt 10.3 einen technischen Orientierungswert für ³ KBE / m ³ enthalten sollte, um die Schimmelpilze an, nach dem die Atemluft weniger als 5 x 10

Qualität von Außenluft zu gewährleisten. Wird der Wert nicht eingehalten, sollten in Abschnitt 10.3 beschriebene Maßnahmen ergriffen werden. Für Schutzbelüftungsanlagen wird z.B. ein Filterwechsel und die Reinigung der Zuluftkanäle als Wartung erforderlich, wenn die Schimmel- ³ und5 x 10 ⁴ KBE / m ³ liegt. Liegt die Konzentrapilzkonzentration in der Luft zwischen 5 x 10 ⁴ KBE / m ³ , muss z.B. die Lüftungstechnik verändert werden. Die jeweiligen tion über 5 x 10

Maßnahmen müssen dokumentiert werden. [19]

2.2 Actinomyceten

2.2.1 Vorkommen und Lebensbedingungen

Actinomyceten sind wie Schimmelpilze hauptsächlich im Boden zu finden. Sie sind grampositive, überwiegend aerob lebende Bakterien, aber wachsen wie Schimmelpilze mycelartig. Man kann Actinomyceten anhand der von ihnen gebildeten Substrat- und / oder Luftmycelien sowie Sporen und Sporangien unterscheiden. [34] und [4]

2.2.2 Gefährdung des Menschen

Für die Gefährdung des Menschen am Arbeitsplatz in der Abfallwirtschaft sind Actinomyceten relevant, die dort geeignete Lebensbedingungen vorfinden. Es muss sich um Arten handeln, die aerob wachsen, starke Luftmycelien und Sporen ausbilden, und sich so gut über die Luft verbreiten können. Dies setzt voraus, dass sie tolerant gegenüber Trockenheit und Wärme sind. Eine Gefährdung des Menschen besteht aber erst dann, wenn diese Actinomyceten eine nachteilige Wirkung auf den Menschen haben, d.h. eine Infektion oder eine Allergie auslösen. Aus dem 13. KAN - Bericht geht hervor, dass an Arbeitsplätzen in der Abfallwirtschaft die Gefährdung hauptsächlich von thermophilen und thermotoleranten aeroben Actinomyceten ausgeht, welche EAA (exogen-allergische Alveolitis) hervorrufen. Zu deren wichtigsten Vertretern gehören Saccharopolyspora rectivirgula und Saccharomonospora viris, aber auch mesophile Vertreter wie Streptomyces albus können diese Krankheit auslösen und sollten daher nicht außer Betracht gelassen werden.

- 12 -