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RIBACLIM: Von Flüssen gespiesenes Trinkwasser: Noch sauber genug?

 

Trinkwasser stammt zu einem Drittel aus Flusswasser, das ins Grundwasser versickert. Die Prozesse in den Uferzonen sind für sauberes Trinkwasser wichtig. Untersucht wurden klimabedingte Veränderungen dieser Infiltrationsprozesse und der Einfluss auf die Grundwasserqualität mit Feld- und Laborexperimenten.

Projektbeschrieb (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Das Trinkwasser in der Schweiz stammt zu rund 80 Prozent aus Grundwasser. Ein Viertel davon wird aus Flusswasser gespiesen, welches durch das Gewässerufer infiltriert. Die Filtration des Wassers durch den Uferbereich ist oft die einzige Barriere, welche die Trinkwasserpumpstation vom Fluss trennt. Deshalb sind die Prozesse in den Flüssen und Infiltrationszonen sehr wichtig für die Bereitstellung von sauberem Trinkwasser. Wie sich der Klimawandel auf die Uferfiltration auswirkt, ist noch weitgehend unbekannt. Lässt sich die Qualität des Trinkwassers durch eine verbesserte Abwasserbehandlung erhöhen? Verschiedene biologische und chemische Prozesse spielen dabei eine Rolle. Diese Prozesse werden durch Faktoren wie Rohwasserbeschaffenheit, Infiltrationsrate und Wassertemperatur beeinflusst, welche wiederum klimatischen Veränderungen ausgesetzt sind. Uferfiltrat kann einen erheblichen Anteil an Abwasser aufweisen, der je nach Wasserstand und Verdünnungsgrad variiert. Zudem kann sich in Zukunft die Zusammensetzung von Kläranlagenabläufen stark verändern, wenn eine weitergehende Abwasserreinigung zur Beseitigung von Spurenstoffen umgesetzt wird. Trotz der Relevanz dieser Prozesse gibt es bis heute keine umfassenden Studien zum Einfluss von Klimaszenarien auf die Uferfiltration.

Methoden

Dieses Forschungsprojekt untersuchte Zusammenhänge zwischen dem anthropogenen Wasserkreislauf und der Uferfiltration. Im ersten Teil des Projekts wurden Laborexperimente zum photochemischen Abbau von Spurenstoffen durchgeführt, um den Einfluss der Wasserqualität und des Lichts auf die Verminderung der Spurenstoffkonzentration zu untersuchen. Im zweiten Teil wurde im Labor mit Sandkolonnen ein Modell nachgebaut, um den Einfluss der Faktoren Rohwasserzusammensetzung, Infiltrationsrate und Temperatur auf das Redoxmilieu in der Infiltrationszone zu untersuchen. Der Sand für die Kolonnenexperimente wurde am Feldstandort aus dem Uferbereich entnommen. Am Feldstandort wurden in einem dritten Teil mehrtägige Probenahmen sowie ein Langzeitmonitoring durchgeführt, um den Einfluss von Temperatur und Abfluss auf die redox-sensitiven Parameter Sauerstoff und Nitrat zu untersuchen. Die Langzeitbeobachtungen der Sauerstoffkonzentrationen im Infiltrationsbereich flossen zusätzlich in ein 3D- Grundwasser Fliess- und transportmodell ein.

Resultate

Die durch die photochemischen Experimente gewonnenen Erkenntnisse erlauben es, den Abbau von bestimmten Antibiotika und Korrosionsschutzstoffen in Oberflächengewässern zu beurteilen. Mit Experimenten in Laborkolonnen und im Feld konnten Effekte der Klimaveränderung auf die Redoxprozesse in der Infiltrationszone untersucht werden. Dabei hat sich gezeigt, dass die Temperatur und das am Sand gebundene – nicht gelöste - organische Material das Redoxmilieu am stärksten beeinflusst. Weiter wurde die Abhängigkeit der Sauerstoffzehrung von der Temperatur simuliert und dadurch gezeigt, dass der Sauerstoff in der Infiltrationszone während Hitzeperioden der Sauerstoff aufgebraucht wird. Dabei wirkte aber das im Wasser vorhandene Nitrat als Redoxpuffer und verhinderte so die Eisen- und Manganfreisetzung.

Bedeutung

Für die Praxis heisst das, dass es in naher Zukunft keinen Bedarf zur Einführung zur Entfernung von Eisen oder Mangan für Wasserversorgungen mit Uferfiltration geben wird. Jedoch sollten in Zukunft die Konzentrationen von Sauerstoff und Nitrat in Uferfiltrationszonen während Hitzeperioden beobachtet werden.

Die entwickelten Interpolationsmethoden zur Abschätzung von nicht linearen Wasserständen wurden erfolgreich eingesetzt und können in künftigen Studien zur Uferfiltration gewinnbringend angewendet werden. Auch der erfolgreiche Ansatz zur Simulation von reaktiven Transportprozessen in der Uferfiltration und daraus folgenden Abschätzung der Sauerstoffkonzentration im Grundwasser unter verschiedenen klimatischen und hydrologischen Bedingungen kann auf andere Systeme ähnlicher Ausprägung übertragen werden.

Originaltitel

Auswirkungen von Szenarien der Klimaveränderungen auf die Uferfiltration (RIBACLIM)

Projektleitung

  • Prof. Dr. Urs von Gunten, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf
  • Dr. Silvio Canonica, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf
  • Prof. Dr. Janet Hering, Eawag Dübendorf
  • Dr. Hans-Peter Kohler, Umweltmikrobiologie, Eawag Dübendorf
  • Prof. Dr. Mario Schirmer, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Dr. Urs von Gunten Wasserressourcen und Trinkwasser Eawag Überlandstrasse 133 8600 Dübendorf +41 44 823 52 70 vongunten@eawag.ch

Products of the project