Grundwasser- und Trinkwasserverteilungssysteme (DWDS)

Die Experten des Weltklimarats (IPCC) sind sich einig: Die Häufigkeit extremer Wetterereignisse hat zugenommen und dieser Trend wird voraussichtlich auch weiterhin anhalten.

Hohe Niederschläge, Schneeschmelze und Überschwemmungen können unter anderem zu Oberflächenabfluss und zur Verunreinigung von Grundwasserleitern führen. Da Grundwasser mindestens 50 % der Weltbevölkerung mit Trinkwasser versorgt, ist die Gewährleistung einer sicheren und kontinuierlichen Versorgung mit dieser lebenswichtigen Ressource von grösster Bedeutung.

Im Jahr 2018 führten schwere Überschwemmungen im Südwesten Islands zur Verunreinigung einiger Wasserbrunnen. Veitur Water Utilities, der größte Anbieter in der Region, implementierte BactoSense, um der Bedrohung zu begegnen und die Sicherheit der Verbraucher zu gewährleisten.

Ein geschütztes Produktionsgebiet mit vielen Brunnen

Veitur Water Utilities versorgt rund 150.000 Menschen im Südwesten Islands mit Wasser aus vier Wassergewinnungsgebieten (Abbildung 1). Die Produktionskapazität beträgt ca. 2.400 l/s, die jährliche Produktion jedoch nur rund 720 l/s. Dies ermöglicht die flexible Auswahl verschiedener Brunnen zu unterschiedlichen Zeiten.

Abbildung 1: Veitur Water Utilities fördert aus mehreren Bohrlöchern, die über Schutzgebiete verteilt sind, entweder in tiefer gelegenen Gebieten (LPA, 85 m ü. NN) oder in höher gelegenen Gebieten (HPA, 140 m ü. NN). Jedes Gebiet verfügt über eine festgelegte maximale Förderkapazität. Die blauen Punkte markieren die Installationsorte von BactoSense.

Einige Förderbrunnen in den Produktionsgebieten sind anfällig für mikrobielle Umweltkontamination, insbesondere bei heftigen Wetterereignissen. Diese „roten“ Brunnen gelten saisonal als gefährdet und werden von Oktober bis April nicht genutzt.

Im Winter 2018 führten schwere Überschwemmungen zur ersten jemals registrierten Kontamination weiterer Brunnen. Infolgedessen konnte die benötigte Kapazität nicht in ausreichender Qualität bereitgestellt werden. Nach diesem Ereignis wurden drei zusätzliche Brunnen mit stabiler Qualität in Betrieb genommen, wodurch die Produktionskapazität bei extremen Wetterbedingungen auf bis zu 1165 l/s erhöht wurde (Tabelle 1).

Tabelle 1: Produktion der Wasserversorgung Veitur im Sommer, im Winter (wenn die „roten“ Brunnen nicht genutzt werden) sowie während des Extremereignisses im Winter 2018, bei dem zusätzliche Brunnen abgeschaltet wurden und sich dadurch die verfügbare Kapazität verringerte.

Ein neuer Ansatz mit mikrobieller Online-Überwachung

Die Veranstaltung 2018 veranlasste Veitur Water Utilities dazu, nach neuen Wegen zur Überwachung der mikrobiellen Parameter von Wasser zu suchen, um die Produktion sicherzustellen und gleichzeitig die Sicherheit der Verbraucher zu gewährleisten. Die übliche Methode basiert auf Kulturen und erfordert viel Aufwand und Zeit.

Es ist daher nicht für eine schnelle und empfindliche Überwachung geeignet. Veitur Water Utilities entschied sich für den Einsatz des BactoSense Online-Durchflusszytometers, das eine schnelle Bestimmung der mikrobiologischen Konzentration vor Ort (ca. 30 Minuten pro Analyse) ermöglicht (Abbildung 2).

Abbildung 2: Installation von BactoSense

Nutzen Sie BactoSense online, um Quellen zu überwachen und Entscheidungen zur Nutzung zu treffen

Die Gesamtzellzahl pro ml (TCC) war der Parameter, der zur Bewertung der gesamten mikrobiellen Landschaft ausgewählt wurde. Die TCC wurde 2019 zunächst in einer Vertiefung (V5) und 2020 in vier Vertiefungen (V5, V12+V13, V19) überwacht. V5 und V19 gelten als „rote“ Vertiefungen, während V12 und V13 ganzjährig genutzt wurden.

Erste Ergebnisse zeigten die Robustheit und Empfindlichkeit von BactoSense im Vergleich zu herkömmlichen Methoden sowie die Erweiterung der unvollständigen Ansicht, die durch die Beschichtung durch kontinuierliche Messungen des Instruments bereitgestellt wird (Abbildung 3).

Die uneinheitliche Beziehung zwischen TCC/mL und mikrobieller Ausplattierung bei 22 °C kann auf die Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft zurückzuführen sein [3]. Dennoch weist ein deutlich über dem Basiswert liegender TCC-Wert auf ein eindeutiges mikrobielles Risiko hin und kann zur Identifizierung stabiler oder problematischer Quellen herangezogen werden.

Abbildung 3: Entwicklung der Gesamtzellzahl (Total Cell Count, TCC) pro ml, wie sie kontinuierlich von BactoSense erfasst wird (blaue Kurve), im Vergleich zur Anzahl der bei 22°C ausgeplatteten Mikroben über die Zeit (orangefarbene Histogramme).

Die Überwachung des TCC ermöglichte es auch, Kriterien für die Nutzung des Grundwassers festzulegen. In einem ersten vorsichtigen Ansatz wurden drei Wasserqualitäten definiert:

Abbildung 4 zeigt die kontinuierliche Analyse des Grundwassers aus Brunnen V5 im Jahr 2019. V5 gilt als „roter“ Brunnen und wäre normalerweise von Oktober bis April stillgelegt.

Abbildung 4: Entwicklung der TCC/ml (blaue durchgezogene Linie) und des zugehörigen 99%-Konfidenzintervalls (schwarze gestrichelte Linien) für Brunnen V5 im Jahr 2019. Der obere Balken zeigt den Standardbetrieb ohne BactoSense, der untere die Wasserqualität gemäss den BactoSense Qualitätskriterien (grün = hoch, gelb = mittel, rot = niedrig).

BactoSense zeigt jedoch an, dass der TCC-Wert die meiste Zeit im grünen Bereich liegt. In diesen Zeiträumen liefert der Brunnen hochwertiges Trinkwasser. Durch die Bestimmung der Wasserqualität mit BactoSense wird das jährliche Förderzeitfenster deutlich verlängert. Die Überwachung wurde 2020 auf weitere Brunnen ausgeweitet.

Die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse zeigen eine deutliche Steigerung der Produktionskapazität pro Bohrloch. Veitur Water Utilities verfügte über die nötige Transparenz und Sicherheit, um zu entscheiden, welche Bohrlöcher stabil waren und wann aus potenziell problematischen Bohrlöchern weniger gefördert werden musste.

Dadurch wurde die Produktionskapazität erhöht und die Deckung des Wasserbedarfs das ganze Jahr über sichergestellt, wobei der Verbraucherschutz verbessert wurde. BactoSense ermöglichte die sichere Verteilung von Wasser aus Förderbrunnen im Südwesten Islands, die zuvor als zu verunreinigungsanfällig galten.

Tabelle 2: Potenzielle Steigerung der Produktionskapazität für jedes untersuchte Bohrloch.

BactoSense zur mikrobiellen Echtzeitüberwachung des Grundwassers bei extremen Wetterereignissen

Die Implementierung von BactoSense durch Veitur Water Utilities verbesserte die Qualitätskontrolle und sichere Verteilung von Wasser aus Förderbrunnen, die üblicherweise als zu anfällig für Verunreinigungen galten, und begrenzte so die Übernutzung anderer Grundwasserleiter.

Sie könnten ihre Produktionskapazität für qualitativ hochwertiges Wasser erhöhen, Risiken besser einschätzen und Brunnen ablehnen, wenn die Wasserqualität nicht hoch ist, und so die Sicherheit der Verbraucher gewährleisten.

Insgesamt liefert BactoSense ein besseres Verständnis der saisonalen Variabilität und Dynamik von Rohwasser. Es kann eingesetzt werden, um die mikrobielle Qualität von Grundwasserbrunnen in Echtzeit zu überwachen, insbesondere bei extremen Wetterereignissen. Dies führt zu einer sichereren, optimaleren und nachhaltigeren Nutzung der Wasserressourcen.

Vorteile der Verwendung von BactoSense

• Verbesserte Qualitätskontrolle und sichere Verteilung des Wassers aus Förderbrunnen, die üblicherweise als anfällig für Verunreinigungen galten, wodurch die Übernutzung anderer Grundwasserleiter eingeschränkt wurde;

  
  

• Erhöhte Produktionskapazität für qualitativ hochwertiges Wasser;

  
  

• Bessere Risikobewertung;

  
  

• Verbessertes Wissen über die saisonale Variabilität und Dynamik des Rohwassers.

Demo buchen, um zu erkunden, wie BactoSense insbesondere bei extremen Wetterereignissen das Kontaminationsrisiko wirksam verringern kann.