Gemeinsam untersuchen die Eawag und der Kanton Basel-Landschaft die Probleme und Herausforderungen der Wasserversorgung und erarbeiten Konzepte und konkrete Lösungen zur Sicherung der zukünftigen Trinkwasserqualität. Die Resultate des Projekts «Regionale Wasserversorgung Basel-Landschaft 21» dienen als Modell für andere Schweizer Regionen.

Eawag-Postdoc Tony Merle, Dr. Adrian Auckenthaler und Prof. Urs von Gunten (v.l.n.r) überprüfen das Prozessleitsystem der Pilotanlage.

Der Kanton Basel-Landschaft (BL) ist geprägt durch landwirtschaftlich genutzte Karstgebiete, urbane Siedlungsstrukturen in den Tälern und die langjährige Industriegeschichte in der Agglomeration Basel. «Dieses Umfeld hat einen grossen Einfluss auf die Trinkwasserqualität, aber auch auf die Struktur und die Zusammenarbeit der Wasserversorgungen», erklärt Dr. Adrian Auckenthaler, der Leiter des Ressorts Wasser und Geologie im Amt für Umweltschutz und Energie des Kantons Basel-Landschaft. Er leitet zusammen mit Professor Urs von Gunten, dem Leiter der Gruppe Trinkwasserchemie und des Kompetenzzentrums Trinkwasser an der Eawag sowie des Labors für Wasserqualität und -aufbereitung an der EPFL in Lausanne, das gemeinsame Projekt. Dieses wurde im März 2013 gestartet und dauert gut drei Jahre. Neben der Eawag und dem Kanton BL sind am Projekt auch die Universitäten Basel und Bern beteiligt.

Keime im Quellwasser

Der karstige Untergrund in den ländlichen Regionen hat eine schlechte Filterwirkung. «Dass Karstquellen immer wieder Probleme verursachen, ist bekannt», sagt Adrian Auckenthaler. Vor allem wenn es stark regnet, wird das Wasser trüb, und Mikroorganismen gelangen ins Wasser. Zur kontinuierlichen Qualitätskontrolle des Trinkwassers wurde bisher vor allem die Trübung gemessen. Steigt diese an, ist auch mit mehr Keimen zu rechnen. Mit einem an der Eawag entwickelten sogenannten Durchflusszytometer können die Fachleute die Bakterien kontinuierlich messen. «Wir erfassen damit hoch aufgelöst die Dynamik von Bakterienpopulationen im Quellwasser», erklärt der Umweltexperte. Die Fallstudien bei ausgewählten Quellen liefern zudem Erkenntnisse,  die sich auf andere Standorte übertragen lassen. «Eine Karstquelle reagiert in verschiedenen Gebieten ähnlich, auch wenn es nach einem starken Regen unterschiedlich lange dauert, bis Keimzahl und Trübung ansteigen», so Adrian Auckenthaler.

Allerdings sind diese Messungen teuer und müssen von Fachleuten interpretiert werden. «Wir haben sehr viele kleine Wasserversorgungen, die sich eine so kostspielige Infrastruktur nicht leisten können», sagt Urs von Gunten. Ein Know-how-Transfer von der Eawag zum Amt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen BL soll darum die neue Messmethode nutzernah etablieren.

Die Daten, die mit der Durchflusszytometrie bei bestimmten Wasser versorgungen im Baselbiet über eine längere Zeitdauer gesammelt werden, zeigen, ob die Trinkwasseraufbereitung – meist eine einstufige UV-Desinfektion – ausreichend ist. «Die UV-Desinfektion ist sehr effizient», erklärt Urs von Gunten. «Wird sie richtig betrieben, ist das Trinkwasser danach hygienisch einwandfrei.» Allerdings können sich nach Niederschlägen in trübem Wasser Bakterien verstecken und unbeschadet durch das System gelangen. Eine zweite Sicherheitsstufe mit einem Filter würde garantiert sauberes Trinkwasser liefern. Doch dieses System erfordert höhere Investitions- und Personalkosten, die sich nicht jede Gemeinde leisten kann.

Vom Fluss zum Trinkwasser

Viele Trinkwasserfassungen wurden aufgrund der Ergiebigkeit in Flussnähe gebaut. Dieser quantitative Vorteil bringt qualitative Risiken. Umso deutlicher wird dies, wenn Verunreinigungen in den Flüssen auftreten. In diesen Fällen, die auch im Kanton BL immer wieder auftreten, müssen die Fassungen ausser Betrieb genommen und die Konsumentinnen und Konsumenten über Nachbarversorgungen oder Zisternen versorgt werden.

An drei Modellstandorten wird die Flusswasserinfiltration bei Trockenwetter und Niederschlagsereignissen untersucht. «Dabei haben wir eine Vielzahl von Arzneimitteln, Haushaltchemikalien und Pestiziden in den Flüssen und im Grundwasser gefunden», erläutert Adrian Auckenthaler. Die Konzentrationen sind zwar meistens gering und liegen im Bereich von wenigen Nanogramm pro Liter, also deutlich unter den gesetzlichen Anforderungen. Trotzdem sind diese Stoffe im Trinkwasser unerwünscht.

Zum Verständnis der Systeme sind in den Modellgebieten Grundwassermodelle entwickelt worden. Die Modelle erlauben, die Mischungsverhältnisse von altem regionalem Grundwasser und jungem Flusswasserinfiltrat zu beschreiben. «Damit können ein besseres Wassermanagement etabliert und die Trinkwasserfassungen vor kritischen Situationen geschützt werden», erklärt Urs von Gunten.

Trinkwassernutzung im urbanen Gebiet

Der Hardwald in Muttenz, umgeben von Industrie, Güterbahnhof und Tanklager, ist ein beliebtes Erholungsgebiet für Spaziergängerinnen, Jogger und Hundehalterinnen. Von hier stammt aber auch das Trinkwasser, mit dem über 130 000 Konsumentinnen und Konsumenten in Baselland und der Stadt Basel versorgt werden. Dafür wird das Grundwasser mit Flusswasser aus dem nahen Rhein angereichert. Nach einer Vorbehandlung in einem Sandfilter lässt man das Rheinwasser durch Gräben und Weiher versickern. Durch die Bodenpassage werden Mikroorganismen herausgefiltert und Spurenstoffe abgebaut. 30 Trinkwasserbrunnen fördern die Mischung aus Grundwasser und infiltriertem Flusswasser wieder zutage.

«Die Trinkwassersicherheit im Hardwald hängt zu einem wesentlichen Teil von der künstlichen Infiltration von Rheinwasser ab», fasst Urs von Gunten zusammen. Der so gebildete, rund zwei Kilometer lange «Grundwasserberg» bildet eine hydraulische Barriere und verhindert, dass Schadstoffe von den umliegenden Gebieten in den Hardwald eingetragen werden. Um das Wassermanagement in diesem geologisch komplexen Gebiet mit einem Fels- und Lockergesteinsgrundwasserleiter und zahlreichen industriellen Grundwasserentnahmen zu optimieren, entwickeln die Fachleute ein Grundwassermodell. «Wir untersuchen, wo wie viel Flusswasser infiltriert werden soll und welche Brunnen sich am besten für die Trinkwassergewinnung eignen», sagt Adrian Auckenthaler. «Generell haben wir festgestellt, dass die Brunnen im westlichen Randbereich weniger gut geschützt sind als diejenigen in der Mitte.»

Mit der Rheinwasserinfiltration für den Grundwasserberg gelangen neue Schadstoffe in den Hardwald. «Der Rhein in Basel führt 70 Prozent des Wassers aus der Schweiz ab und damit auch rund 70 Prozent des gereinigten Abwassers», schreiben die Experten in ihrem Bericht. Somit enthalte das Rheinwasser auch viele kritische Spurenstoffe. Aus Ingenieursicht sei die Schaffung des Wasserbergs keine optimale Lösung, gibt Urs von Gunten zu: «Man muss dafür fast doppelt so viel Wasser infiltrieren.» Deshalb prüfen die Experten auch, ob eine direkte Rheinwasseraufbereitung sinnvoller wäre. Urs von Gunten: «Die Infiltration hat verschiedene positive Effekte, wie Messungen zeigten. Von ca. 130 Spurenstoffen, die im Rhein nachgewiesen wurden, blieben nach der Bodenpassage nur noch etwa 50 übrig. Und während Rheinwasser pro Liter etwa zwei Milligramm organisches Material enthält, sind es nach der Infiltration nur noch ein halbes Milligramm pro Liter. Ferner werden durch die Infiltration die saisonalen Temperaturunterschiede ausgeglichen.»

«Seit Dezember 2013 gibt es im Hardwald einen Aktivkohlefilter», erklärt Adrian Auckenthaler. Der Filter hält die meisten verbleibenden unerwünschten Substanzen gut zurück – aber nicht alle. «Bei Unfällen oder unerlaubten Einleitungen in Oberflächengewässer im Einzugsgebiet des Rheins können zudem erhöhte Konzentrationen von Spurenstoffen im Rhein vorkommen», schreiben die Fachleute weiter und verweisen auf Beispiele mit polyfluorierten Tensiden oder die Einleitung von Bioziden aus dem Kernkraftwerk Leibstadt. Im Rahmen des gemeinsamen Projekts klären sie nun ab, wie sich das Wasser möglichst effizient noch weiter aufbereiten lässt.

Vom Labor in die Praxis

«Wir testen ein zweistufiges Verfahren – eine Kombination aus Aktivkohle mit weitergehender Oxidation», erklärt Urs von Gunten. Während die Aktivkohle Substanzen aus dem Wasser filtert, wandelt die Oxidation die schädlichen Spurenstoffe um. Ein traditionelles Verfahren nutzt die oxidative Kraft von Ozon. Dabei kann aber als Nebenprodukt aus Bromid Bromat gebildet werden, das als potenziell krebserregend gilt. «In einem im Labor neu entwickelten ozonbasierten Verfahren kann die unerwünschte Bromatbildung unterdrückt werden, bei gleichbleibender Elimination der Spurenstoffe», erzählt der Trinkwasserexperte. Eine Pilotanlage, die neben dem Aktivkohlefilter im Hardwald installiert wurde, soll beweisen, dass die neue Form der weitergehenden Oxidation auch im grösseren Massstab so gut funktioniert wie im Labor. «Bis jetzt sieht das sehr gut aus», fasst Urs von Gunten zusammen.

Regionale Zusammenarbeit fördern

In der Schweiz gibt es mehr als 3000 Wasserversorgungen, im Baselbiet sind es 95 – mehr als es Gemeinden gibt. Gerade kleine Wasser-versorgungen haben Schwierigkeiten, ihre Aufgaben und Herausforderungen alleine zu bewältigen. «Der Kanton strebt deshalb eine verstärkte Zusammenarbeit unter den Wasserversorgungen an», betont Adrian Auckenthaler. Im sozialwissenschaftlichen Teilprojekt, das Forschende der Eawag und der Uni Bern durchführen, werden die Ziele und Herausforderungen aus Sicht der Akteure untersucht und ihre Präferenzen in der Zusammenarbeit ermittelt. Beantwortet werden soll die Frage, mit welchen Organisationsstrukturen die Herausforderungen am besten bewältigt werden können und welche Restrukturierungen notwendig sind, um die politischen Ziele zu erreichen.

Generell wünschen sich auch die Akteure eine nähere Zusammenarbeit. Auch attestieren sie dem Kanton eine aktive Rolle in der Beratung der Wasserversorgungen. «Das ist erfreulich», sagt Adrian Auckenthaler, «wird es doch in Zukunft durch den stetigen Nutzungsdruck auf die verbleibenden Grundwasserschutzzonen und durch die qualitativen Einschränkungen zwangsläufig zur Aufgabe von gefährdeten Trinkwasserbrunnen kommen. Das wird eine regionale Zusammenarbeit notwendig machen.»

Impulse für die Wasserversorgungen

Die Ergebnisse des Projekts «Regionale Wasserversorgung Basel-Landschaft 21» sollen der ganzen Schweiz nützen. Denn mit den hügeligen Landwirtschaftsgebieten und der stark industrialisierten urbanen Region sei der Kanton Basel-Landschaft ein kleines Abbild der Schweiz, sagt Urs von Gunten. «Im Bereich der Wasserversorgung hat man mit den verschiedenen Ressourcen eine Art Suisse miniature.» So könne man an diesem Beispiel grundlegende Prinzipien ableiten, die sich gut auf andere Systeme übertragen liessen. «Deshalb ist dieses Projekt so wertvoll.»