Als Bioaerosol werden luftgetragene Teilchen biologischer Herkunft bezeichnet.DIN EN 13098:2001-02 Arbeitsplatzatmosphäre; Leitlinien für die Messung von Mikroorganismen und Endotoxin in der Luft; Deutsche Fassung EN 13098:2000. Beuth Verlag, Berlin. S. 4. Diese sind natürlicher Bestandteil der Umgebungsluft und können infolge menschlicher Aktivitäten in erhöhter Konzentration auftreten.
Beschaffenheit In der Standardisierung werden alle im Luftraum befindlichen Ansammlungen von Partikeln (Aerosol), denen Pilze, Bakterien, Viren oder Pollen sowie deren Zellwandbestandteile und Stoffwechselprodukte (z. B. Mykotoxine) anhaften, als Bioaerosol bezeichnet.VDI 4250 Blatt 1:2014-08 Bioaerosole und biologische Agenzien; Umweltmedizinische Bewertung von Bioaerosol-Immissionen; Wirkungen mikrobieller Luftverunreinigungen auf den Menschen (Bioaerosols and biological agents; Risk assessment of source-related ambient air measurements in the scope of environmental health; Effects of bioaerosol pollution on human health). Beuth Verlag, Berlin. S. 5. Demgemäß handelt es sich bei luftgetragenen Stäuben, denen Bestandteile biologischer Herkunft anhaften, ebenfalls um Bioaerosole. Im weiteren Sinne werden sämtliche Teile biologischer Herkunft, wie zum Beispiel Hautschuppen oder Faserteile, zu den Bioaerosolpartikeln gezählt.Wolfgang Mücke, Christa Lemmen: Bioaerosole und Gesundheit. Wirkungen biologischer Luftinhaltsstoffe und praktische Konsequenzen. ecomed Medizin, 2008, ISBN 978-3-609-16371-0, S. 13. Bezüglich Form, Größe und Bestandteile ist die Mehrzahl der Bioaerosolpartikel komplex.
Partikel in einem Bioaerosol haben in der Regel aerodynamische Durchmesser im Größenbereich von 0,01 µm bis 100 µm.Wolfgang Mücke, Christa Lemmen: Bioaerosole und Gesundheit. Wirkungen biologischer Luftinhaltsstoffe und praktische Konsequenzen. ecomed Medizin, 2008, ISBN 978-3-609-16371-0, S. 14. Zu den größeren Schwebeteilchen zählen mit Durchmessern im Bereich von 10 µm bis 100 µm Pollen, während Viren sich in der Regel in einem Größenbereich von 0,02 µm bis 0,4 µm bewegen. Luftgetragene Sporen befinden sich mit einem Durchmesser von 2 µm bis 15 µm zwischen diesen Extremen.Eckart Schulz: Untersuchung zur geräteabhängigen Sammeleffizienz und zum mikroskopischen Nachweis von luftgetragenen Pollen. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 61 (2001) 6, S. 261–265.
Vorkommen Bioaerosole sind ubiquitär. Luft dient Mikroorganismen nicht als Lebensraum, sondern nur zur Fortbewegung. In Innenräumen sind, sofern keine Feuchtigkeitsschäden oder kontaminierten Klimaanlagen vorliegen, der Mensch, seine Haustiere und seine Zimmerpflanzen Hauptquellen für Bioaerosole. Wichtige anthropogene Bioaerosolquellen sind Abfallbehandlungsanlagen, Abwasserbehandlungsanlagen,VDI 4255 Blatt 1:2005-10 Bioaerosole und biologische Agenzien; Emissionsquellen und -minderungsmaßnahmen; Übersicht (Bioaerosols and biological agents; Sources of emissions and control measures; Overview). Beuth Verlag, Berlin. S. 61. Tierhaltungsanlagen und Verdunstungskühlanlagen.
Eine erhöhte Bioaerosolkonzentration ist in der Regel in der Umgebung von Abfallbehandlungsanlagen, insbesondere für Bioabfälle, feststellbar. Dabei sind bei Bioabfallkompostierungsanlagen beispielsweise Schimmelpilze, insbesondere Aspergillus fumigatus, dominierend.Volker Kummer, Michael Kühner, Andrea Hausmann: Emissionsquellen und -minderungsmaßnahmen von Bioaerosolen bei der Kompostierung. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 61 (2001) 6, S. 239–244. miniatur|Konidienträger von Aspergillus fumigatus
In der Intensivtierhaltung treten häufig Staphylococcaceae auf.Daniela Schneider, Udo Jäckel, Andrea Gärtner, Frank Diterich: Taxonomische Charakterisierung luftgetragener Bakterien der Familie Staphylococcaceae in Emissionen von Hähnchenmastanlagen – Bedeutung für die Gefährdungsbeurteilung. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 75 (2015) 6, S. 340–346. Speziell bei der Schaf- und Rinderhaltung ist mit Coxiella burnetii zu rechnen, bei der Geflügelhaltung mit Chlamydophila psittaci.VDI 4255 Blatt 2:2009-12 Bioaerosole und biologische Agenzien; Emissionsquellen und -minderungsmaßnahmen in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung; Übersicht (Bioaerosols and biological agents; Emission sources and control measures in livestock operations; Overview). Beuth Verlag, Berlin. S. 7.
Quelle von Bioaerosolen können auch die in vielen industriellen Prozessen zur Abführung von Überschusswärme dienenden Verdunstungskühlanlagen – beispielsweise Kleinanlagen bei Rechenzentren, zur Lebensmittelkühlung, aber auch Großkühltürme bei Kraftwerken – sein.R. H. Ahrens: Legionellen sind technisch beherrschbar. VDI nachrichten Nr. 48 vom 28. November 2014, S. 11. Durch die Verrieselung von Wasser in Luft werden Partikel aus der Luft ausgewaschen, die wassergetragenen Mikroorganismen als Nahrungsquelle dienen können. Die im Kreislaufwasser einer Verdunstungskühlanlage herrschenden Temperaturen liegen im für die Vermehrung von Mikroorganismen optimalen Bereich. Zu den häufig vorkommenden Krankheitserregern zählen in diesen Fällen Legionella pneumophila und Pseudomonas aeruginosa.VDI 2047 Blatt 2:2015-01 Rückkühlwerke; Sicherstellung des hygienegerechten Betriebs von Verdunstungskühlanlagen (VDI-Kühlturmregeln) (Open recooler systems; Securing hygienically sound operation of evaporative cooling systems (VDI Cooling Tower Code of Practice)). Beuth Verlag, Berlin. S. 11.
Bedeutung Bioaerosole können zu Atemwegserkrankungen und zur Verschlimmerung (Exazerbation) von bestehenden Erkrankungen (z. B. Allergien, Asthma bronchiale) führen. Bereits im Jahr 1700 wurden von Bernardino Ramazzini in seiner Schrift De morbis artificum durch Bioaerosole verursachte Erkrankungen beschrieben.VDI 4250 Blatt 1:2014-08 Bioaerosole und biologische Agenzien; Umweltmedizinische Bewertung von Bioaerosol-Immissionen; Wirkungen mikrobieller Luftverunreinigungen auf den Menschen (Bioaerosols and biological agents; Risk assessment of source-related ambient air measurements in the scope of environmental health; Effects of bioaerosol pollution on human health). Beuth Verlag, Berlin. S. 7. So führen Endotoxine, die in der Zellmembran der meisten gramnegativen Bakterien und Cyanobakterien enthalten sind, zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen an solchen Arbeitsplätzen, die einer erhöhten Konzentration dieser Mikroorganismen ausgesetzt sind.Philippe Duquenne, Geneviève Marchand, Caroline Duchaine: Measurement of Endotoxins in Bioaerosols at Workplace: A Critical Review of Literature and a Standardization Issue. Annals of Occupational Hygiene, 2012, Das Eindringen von Mikroorganismen in den Menschen kann aber auch über den Magen-Darm-Trakt, die Haut oder über Verletzungen erfolgen.Caroline Herr, P. M. Bittighofer, Jürgen Bünger, Thomas Eikmann, Anna Barbara Fischer, Christel Grüner, Helga Idel, Anja zur Nieden, Urban Palmgren, Hans-Joachim Seidel, Hans-Georg Velcovsky: Wirkung von mikrobiellen Aerosolen auf den Menschen. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 59 (1999) 6, S. 229–239. Dabei sind gesundheitsbeeinträchtigende Wirkungen von Bioaerosolen nicht auf lebende Organismen und deren Stoffwechselprodukte beschränkt. Auch abgestorbene Mikroorganismen oder deren Teile / Bruchstücke (Fragmente) können Allergien hervorrufen.
Minderungsmöglichkeiten Eine Möglichkeit, um die Ausbreitung von Bioaerosolen zu verhindern, ist die Einhausung der Quellen. Es wurde festgestellt, dass sich die Bioaerosolkonzentration im Lee eingehauster Kompostierungsanlagen bereits nach 200 Metern in der Größenordnung der Hintergrundkonzentration bewegt, während bei offenen Anlagen dies selbst nach 500 Metern noch nicht der Fall war.Dirk Heller, Rudolf Rabe: Ausbreitung von Bioaerosolen aus Kompostierungsanlagen unterschiedlicher Bauart. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 61 (2001) 6, S. 245–253.
Durch biologisch wirkende Abgasreinigungssysteme, wie z. B. Biofilter, können Bioaerosole deutlich gemindert werden. Die aus dem Abgasreinigungssystem austretenden Sekundäremissionen an Mikroorganismen sind im Vergleich zu den abgeschiedenen Mikroorganismen deutlich geringer.Torsten Herold, Mirko Schlegelmilch, Bernd Dammann, Jan Streese, Rainer Stegmann, Andreas Hensel: Keimrückhaltung bei der Behandlung von Intensivrotteabluft in einem Biowäscher/Biofiltersystem. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 61 (2001) 6, S. 255–260. Bei Tierhaltungsanlagen wurde festgestellt, dass durch den Einsatz von Biofiltern bei der Abluftbehandlung Bakterien und Endotoxine minimiert werden können.VDI 4255 Blatt 2:2009-12 Bioaerosole und biologische Agenzien; Emissionsquellen und -minderungsmaßnahmen in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung; Übersicht (Bioaerosols and biological agents; Emission sources and control measures in livestock operations; Overview). Beuth Verlag, Berlin. S. 21. Auch der Einsatz einer Kombination Biowäscher/Biofilter hinter einer Bioabfallbehandlungsanlage führte zu einer Minderung von Bioaerosolen.Volker Kummer, Renate Haumacher, Werner Philipp, Reinhard Böhm: Untersuchungen zum Abscheideverhalten von Abluftreinigungsanlagen im Hinblick auf Bioaerosole. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 63 (2003) 9, S. 368–372.
Verdunstungskühlanlagen sind so zu konstruieren, dass unter anderem selbst nach dem Einbau von Füllkörpern oder Wärmeübertragern eine vollständige Entleerung, Reinigung und Desinfektion der Anlage möglich ist. Stehendes Wasser ist zu vermeiden. Der Austrag von Tropfen ist durch den Einbau von Tropfenabscheidern zu minimieren.VDI 2047 Blatt 2:2015-01 Rückkühlwerke; Sicherstellung des hygienegerechten Betriebs von Verdunstungskühlanlagen (VDI-Kühlturmregeln) (Open recooler systems; Securing hygienically sound operation of evaporative cooling systems (VDI Cooling Tower Code of Practice)). Beuth Verlag, Berlin. S. 13.
Messtechnische Erfassung
Das Auftreten von Bioaerosolen ist häufig mit dem Auftreten von Gerüchen verbunden.Thomas Eikmann, Susanne Harpel, Caroline Herr: Warum gibt es keine Grenzwerte für Bioaerosole? – Ein Statement aus umweltmedizinischer Sicht. In: Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN – Normenausschuss KRdL (Hrsg.): Mikrobielle Luftverunreinigungen. KRdL-Schriftenreihe 35, 2005, ISBN 3-931384-53-5, S. 221–225. Ein vergleichbares Ausbreitungsverhalten von Staub, Gerüchen und Bioaerosolen konnte jedoch nicht festgestellt werden, sodass Bioaerosole bei der Immissionsüberwachung gesondert zu erfassen sind. Dabei ist nur die Zusatzbelastung von Interesse. Hintergrundkonzentrationen, die jahreszeitlich bedingten Schwankungen unterliegen, müssen ebenfalls festgestellt werden.Thomas Lung, Irene Tesseraux: Hintergrundkonzentrationen von Schimmelpilzen in der Außenluft – Kenngrößen für Jahresmittel und Variation. Immissionsschutz, 18. Jahrgang (2013) 2, S. 64–69.Irene Tesseraux, Thomas Lung: Hintergrundkonzentrationen von Gesamtbakterien und weiteren Bioaerosolparametern in Stadtgebieten. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 74 (2014) 9, S. 368–376. Während bei Bakterien von nur geringen jahreszeitlichen Schwankungen ausgegangen werden kann,VDI 4251 Blatt 2:2015-08 Erfassen luftgetragener Mikroorganismen und Viren in der Außenluft; Ermittlung gebietstypischer Hintergrundkonzentrationen (Measurement of airborne microorganisms and viruses in ambient air; Determination of area-specific background concentrations). Beuth Verlag, Berlin. S. 10. gibt es bei der Schimmelpilzkonzentration im Jahresverlauf signifikante Konzentrationsänderungen.Annette Kolk, Rainer Van Gelder, Gerd Schneider, Stefan Gabriel: Mikrobiologische Hintergrundwerte in der Außenluft – Auswertung der BGIA-Expositionsdatenbank MEGA. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, Band 69 (2009) 4, S. 130–136