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Fachartikel
27. Juli 2021

Interview

Rolf Stettler: «Die Entwicklung der Durchflusszytometrie für Trinkwasser ist ein Meilenstein»

Wegen häufiger Wasserarmut im Sommer und des damit verbundenen Auftretens von Krankheiten wie Cholera und Typhus machte sich die Stadt St. Gallen bereits Ende des 19. Jahrhunderts auf die Suche nach geeigneten Quellen in der Umgebung. Als Lösung blieb nur die Nutzung des Bodenseewassers. Daran hat sich bis heute nichts geändert, wie Rolf Stettler, Leiter Qualitätssicherung Wasser bei den St. Galler Stadtwerken, im Interview ausführt.
Margarete  Bucheli 

Woher stammt das von den St. Galler Stadtwerken verteilte Trinkwasser und wie wird es aufbereitet, bevor es ins Netz gelangt?
Das von den St. Galler Stadtwerken (sgsw) verteilte Trinkwasser stammt zu 100% aus dem Bodensee. Zuständig für die Produk­tion sind aber nicht die Stadtwerke, sondern die Regionale Wasserversorgung St. Gallen AG (RWSG), ein Zusammenschluss von zwölf Ostschweizer Versorgungen. Die Geschäfts- und Betriebsführung der RWSG liegt bei den St. Galler Stadtwerken. Im Unterschied zu den anderen Partnern beziehen die Stadtwerke ihr Trinkwasser vollständig von der RWSG. Die anderen Partner verfügen daneben noch über andere Trinkwasserquellen und nutzen die RWSG als Ergänzung oder als zweites Standbein.
Das wichtigste Wasserwerk der RWSG ist das Seewasserwerk Frasnacht. Es stammt aus den 1990er-Jahren; Gewinnung und Aufbereitung entsprechen im Wesentlichen den Standardverfahren dieser Zeit: Das Rohwasser wird in 60 Meter Tiefe gefasst. Auf diese Weise konnte vermieden werden, dass Larven der Zebramuschel, die sich seit den 1960er-Jahren im Bodensee ausbreitete, aber nur bis in Tiefen von rund 40 m vorkommt, in die Rohwasserleitung und somit ins Werk gelangen. Das Wasser wird dann über eine zur damaligen Zeit übliche mehrstufige Verfahrenskette, bestehend aus Vorozonung, Mehrschichtfiltration, Ozonung, Aktivkohlefiltration und Enddesinfektion mit Chlordioxid, aufbereitet. Das Werk ist in sich redundant ausgeführt.
Die Aktivkohlefiltration wird mittlerweile als biologische Aufbereitungsstufe geführt – seit 2008 wurde die Aktivkohle nicht mehr gewechselt –, mit der vor allem eine Reduktion des assimilierbaren organischen Kohlenstoffs (AOC), also leicht abbaubarer organischer Kohlenstoffverbindungen, bezweckt wird. Seit 2017 geben wir zudem kein Chlordioxid mehr zur sekundären Desinfektion (d. h. vor der Einspeisung ins Netz) zu.

Wie wurden dieser Wegfall der Desinfektion mit Chlordioxid und die Umstellung auf eine Verteilung ohne Netzschutz vorbereitet?
Bis Ende 2016 wurde das St. Galler Trinkwasser mit Netzschutz (Chlordioxid) verteilt, dann erfolgte die Umstellung auf eine Verteilung ohne Netzschutz. Wenn wir aber ehrlich sind, müssen wir eingestehen, dass wir Chlordioxid eigentlich nie als Netzschutz eingesetzt haben. Das Wort Netzschutz ist ohnehin nicht passend, um die Verhältnisse in der Schweiz zu beschreiben. Netzschutz bedeutet meines Erachtens nämlich, dass das Trinkwasser bis zu den Konsumentinnen und Konsumenten durch das zugegebene Desinfektionsmittel vor mikrobiellen Kontaminationen oder einer Wiederverkeimung geschützt ist. Das dürfte so bei den wenigsten schweizerischen Wasserversorgungen möglich sein. Dazu sind nämlich die gesetzlich erlaubten Höchstkonzentrationen für Chlor respektive Chlordioxid zu gering. Mehrheitlich wird Chlor oder Chlordioxid bereits in den Leitungen gezehrt. Bei den Konsumentinnen und Konsumenten kommen dann – wenn überhaupt – nur noch homöopathische Mengen an.
Vor der Umstellung haben wir eine umfangreiche Risikoabschätzung durchgeführt. Dazu gehörten auch verschiedene Messungen, mit denen wir zeigen konnten, dass in der gesamten Stadt St. Gallen das Chlordioxid kaum mehr eine Desinfektionswirkung zeigte. Ein kritischer Punkt war ausserdem die Aktivkohlefitration als letzter Aufbereitungsschritt vor der Zudosierung von Chlordioxid. Da wir die Anlage wie bereits erwähnt biologisch betreiben, mussten wir sicherstellen, dass wir den in der TBDV vorgeschriebenen Höchstwert für AMK bei Werkausgang (20 KBE/ml) nie überschreiten. Daher haben wir vorgängig die Zugabe von Chlordioxid über ein Jahr hinweg sukzessive reduziert. Dosierten wir anfangs 50 Mikrogramm Chlordioxid pro Liter zu, so wurden am Schluss nur noch Konzentrationen von 20 bis 30 Mikrogramm Chlordioxid pro Liter eingesetzt. Gleichzeitig haben wir mit dem Amt für Verbraucherschutz und Veterinärwesen des Kantons St. Gallen Gespräche geführt und dabei auf die Möglichkeit hingewiesen, dass es in der Anfangsphase zu geringen Überschreitungen der AMK-Werte kommen könne. Schlussendlich hat dann der Zufall die Umstellung beschleunigt. Die Chlordioxidanlage ist wegen eines Defekts ausgefallen und wir haben diese Gelegenheit als Startpunkt für eine Aufbereitung ohne sekundäre Desinfektion genutzt.

«Insgesamt zeigte sich, dass der vermeintliche Netzschutz nur eine Pseudosicherheit gegeben hat und eigentlich gar nicht nötig ist.»

Welche Erfahrungen wurden bei der Umstellung und beim Betrieb ohne Netzschutz gemacht?
Wir haben anfangs täglich zu verschiedensten Zeiten Proben entnommen und auf die in der TBDV aufgelisteten mikrobiellen Parameter und auf einige chemische Parameter hin untersucht. Wir konnten zu keinem Zeitpunkt eine Veränderung erkennen. Daneben haben wir die Proben auch durchflusszytometrisch analysiert und so die Totalzellzahl bestimmt. Nach dem Abstellen der Desinfektion mit Chlordioxid fanden wir leicht tiefere Werte als davor. Insgesamt zeigte sich, dass der vermeintliche Netzschutz nur eine Pseudosicherheit gegeben hat und eigentlich gar nicht nötig ist.

Welche Massnahmen werden nun getroffen, um eine genauso sichere Verteilung wie mit Netzschutz zu erreichen?
Da die ganze Umstellung unmerklich und ohne Probleme ablief, mussten wir auch keine Anpassungen vornehmen. Die Chlordioxidanlage im Seewasserwerk Frasnacht wurde inzwischen umgebaut. Im Notfall haben wir so nach wie vor die Möglichkeit, dem aufbereiteten Trinkwasser Chlor (Javelwasser) zuzugeben. Darüber hinaus können wir mithilfe einer mobilen Desinfek­tionsanlage auch im Stadtgebiet selbst das Wasser desinfizieren.

Im Bodensee breitet sich die Quaggamuschel in rasanter Geschwindigkeit aus. Was bedeutet das für das Seewasserwerk Frasnacht?
Seit 2016 kommt die Quaggamuschel offiziell im Bodensee vor: Im Frühjahr 2016 wurden zum ersten Mal Exemplare der invasiven Muschel im Überlinger See bei Wallhausen von Tauchern entdeckt. Der Ort des Erstnachweises ist ca. 40 bis 50 km vom Seewasserwerk Frasnacht entfernt. 2017 liessen wir unseren Fassungskorb der Seewasserentnahmeleitung in 60 Meter Tiefe durch Taucher untersuchen. Auf einer der dabei gemachten Aufnahmen lässt sich etwas erkennen, das wie eine Muschel aussieht. Möglicherweise war das unsere erste Muschel auf dem Korb. Letztes Jahr, nur drei Jahre später, musste die RWSG den Korb mit einer Unterwasserdrohne reinigen lassen, denn sowohl aussen als auch innen war der Korb fast vollständig mit Quaggamuscheln überwachsen.
In den fünf Jahren seit der Erstsichtung bis heute hat die Muschel den See stark verändert. Seit 2016 hat sie sich im ganzen Bodensee ausgebreitet – nicht nur horizontal, sondern auch vertikal. Die Quaggamuschel wird im Bodensee in Tiefen weit über 100 Meter gefunden. Die gegen die Zebramuschel wirksame Massnahme der Wasserentnahme in Tiefen grösser als 40 Meter hilft bei der Quaggamuschel folglich nicht weiter. Ich denke, es ist nicht falsch, die Quaggamuschel als das aktuell vorherrschende Lebewesen im Bodensee zu bezeichnen.

Welche Massnahmen wurden bisher aufgrund der Quagga­muschel-Problematik ergriffen?
Von der fast explosionsartigen Ausbreitung der Quaggamuschel wurden wir sicher überrascht. Ich selbst hätte dies noch vor wenigen Jahren nicht für möglich gehalten. Die RWSG hat bereits 2017 begonnen, den Fassungskorb, die Seeleitung und die Anlagen im Seewasserwerk verstärkt zu überwachen. Wichtig war für uns auch der Austausch mit anderen Seewasserwerken. Insbesondere die Diskussionen mit Fachleuten von der deutschen Bodensee-Wasserversorgung in Sipplingen, die grosse Gebiete in Baden-Württemberg, darunter den Grossraum Stuttgart, mit Trinkwasser versorgt, waren für uns anfangs eine grosse Hilfe. Parallel dazu hat die RWSG eine Studie in Auftrag gegeben, wie allenfalls das Seewasserwerk Frasnacht so umgebaut werden könnte, dass die Quaggamuschel nicht zu einer Beeinträchtigung der Wasserproduktion führt. Angeschaut wurden dabei technische Lösungen wie eine molchbare Seeleitung, redundante Entnahmeleitungen oder die Integration der Ultrafiltration in die Aufbereitung, um die Larven der Quaggamuschel sicher zurückzuhalten.
Ein wichtiges Ereignis war für die RWSG die Reinigung des Korbes mit dem ferngesteuerten Unterwasserroboter. Letztlich klappte das Unterfangen besser, als wir angenommen hatten. Das verschafft uns Zeit – Zeit, die wir jetzt nutzen können, um die Entwicklung weiter zu verfolgen und Massnahmen gezielt den Gefahren entsprechend zu planen.

Welche langfristigen Massnahmen zum Umgang mit der Quaggamuschel werden von den St. Galler Stadtwerken angedacht?
Wie es weitergeht, ist noch unklar. Sollte die Entwicklung, sprich die massive Ausbreitung der Quaggamuschel, anhalten, glaube ich nicht, dass die RWSG ohne bauliche Anpassungen im Seewasserwerk (inklusive Entnahmeleitung) durchkommen wird. Auf längere Sicht ist vor allem die Redundanz bei der Rohwasserentnahme wahrscheinlich unabdingbar.
Allerdings kann ich mir als Biologe nicht vorstellen, dass sich nicht irgendwann doch ein Gleichgewicht ausbilden wird. Aus diesem Grund macht die Strategie der RWSG derzeit sicher Sinn, die Entwicklung weiterhin genau zu verfolgen, ohne in Panik zu verfallen. Die erfolgreiche Reinigung des Saugkorbs mit dem Unterwasserroboter hilft uns natürlich, diese Strategie weiter zu verfolgen und nicht überhastet zu handeln.

Der Bodensee befindet sich im Wandel; das wird aktuell im Rahmen des SeeWandel-Projekts untersucht. Gibt es neben der massiven Ausbreitung der Quaggamuschel noch weitere Änderungen oder Entwicklungen im Bodensee-Ökosystem, die den St. Galler Stadtwerken, die das Trinkwasser zu 100% aus dem See gewinnen, Sorgen bereiten?
Dass der Bodensee im Wandel ist, sehen wir nicht erst, seit die Quaggamuschel den See bevölkert. Der See verändert sich. Ein wichtiger Treiber ist sicher der Klimawandel. Die Oberfläche des Sees ist heute fast ein Grad wärmer als noch vor 50 Jahren. Wir sehen das beispielsweise im vertikalen Mischungsverhältnis. Der See wird immer seltener vollständig durchmischt und die thermische Schichtung bildet sich früher aus nach dem Winter. Damit verbunden ist Phytoplanktonwachstum, das sich auf das Zooplankton und schlussendlich auf die Fische auswirkt. Das führt zu Änderungen der aquatischen Lebensräume. Ob dies schlussendlich die Ursache ist für das massenhafte Auftreten der Stichlinge oder das starke Auftreten der Burgunderblutalge (Plankthotrix rubescens), einer Blaualge, oder anderer Organismen, darunter auch Neozooen und Neophyten, wird sich zeigen.
Derzeit sind wir als Wasserversorgung nicht direkt von diesen Entwicklungen betroffen, sieht man einmal von der Quaggamuschel-Problematik ab. Selbst die Burgunderblutalge stört uns im Moment noch nicht, da sie sich in anderen Tiefen bewegt als unsere Wasserentnahme. Und es gibt natürlich auch sehr viel Positives über den See zu berichten. Der Bodensee ist heute wieder so sauber wie in den 1950er-Jahren. Das verdanken wir den zahlreichen Kläranlagen mit Phosphatfällung im Einzugsgebiet. Anthropogene Spurenstoffe findet man nur in sehr geringen Konzentrationen im Bodensee. Insgesamt ist der Bodensee also eine Erfolgsgeschichte für den Natur- und Gewässerschutz. Das ist auch notwendig: Immerhin beziehen über vier Millionen Menschen ihr Trinkwasser aus dem Bodensee.
Als Wasserversorgung haben wir leider kaum die Möglichkeit, grosse Zusammenhänge im Bodensee zu erforschen. Umso glücklicher sind wir über das Projekt «SeeWandel». Die Veränderungen im See frühzeitig zu erkennen, ist für eine Wasserversorgung, die zu 100% vom See abhängig ist, zentral. In mehreren Teilprojekten werden in diesem Projekt verschiedene Einflüsse auf den See untersucht, beispielsweise Nährstoffrückgang, Klimawandel, gebietsfremde Arten etc. Die Erkenntnisse aus dem Projekt werden uns dienen, zukünftige Risiken besser abschätzen zu können.

Im Rahmen der Diskussionen um die Chlorothalonil-Problematik wird ein neuer Ansatz vorgeschlagen, nämlich die Diversifizierung der Wasserbeschaffung. Demnach sollten nicht nur hydrogeologisch unabhängige Wasserressourcen – wie für ein zweites Standbein gemäss VTM gefordert – zur Verfügung stehen, sondern auch Wasserressourcen, die unterschiedlichen Einflüssen ausgesetzt sind und damit unterschiedliche Risikofaktoren aufweisen. Wie ist der Aspekt des zweiten Standbeins, der Notversorgung und der Diversifizierung für die Wasserversorgung durch die sgsw geregelt?
Die Stadt St. Gallen hat viele Vorzüge, aber eines hat sie nicht: ausreichende Quell- und Grundwasserreserven auf eigenem Gebiet. Das war auch der Grund, warum die Stadt bereits 1895 das erste Seewasserwerk am Bodensee in Betrieb nahm. Über eine Distanz von 13 Kilometern und 350 Meter Höhendifferenz musste das Wasser in die Stadt transportiert werden. Das war damals so und ist es auch heute noch. Wir sind zwar mittlerweile über zwei unabhängige Äste mit dem See verbunden und ein Ausfall des RWSG-Hauptwerkes Frasnacht kann heute dank Verbindungen zu den Seewasserwerken der RWSG-Partner Arbon und Rorschach kompensiert werden, eine optimale Lösung ist dies allerdings nicht. Von einer grossflächigen Verschmutzung des Sees dürften sämtliche Werke am Bodensee betroffen werden. Da wir keine Absicherung über eine hydrogeologisch unabhängige Wasserquelle haben, hätte dies für die Versorgung der Stadt entsprechende Konsequenzen. Wir haben deshalb ein Projekt lanciert, um die Resilienz der Versorgung zu verbessern und damit auch zukünftig die Stadt jederzeit mit Trinkwasser beliefern zu können. Da wir keine Möglichkeit haben, Grund- oder Quellwasser zu beziehen, also auf den Bodensee als alleinige Wasserquelle angewiesen sind, soll durch technische Lösungen bei den Seewasserwerken eine weitgehende Unabhängigkeit erreicht werden.

«Da wir auf den Bodensee als alleinige Wasserquelle angewiesen sind, soll durch technische Lösungen bei den Seewasserwerken eine weitgehende Unabhängigkeit erreicht werden.»

Seit gut zwölf Jahren sind Sie Leiter Qualitätssicherung bei den St. Galler Stadtwerken. Welche Entwicklungen und Neuerungen gab es in dieser Zeit bei der Qualitätssicherung? Wie hat sich das Wasserlabor der sgsw in dieser Zeit entwickelt?
Als ich vor mehr als zwölf Jahren die Stelle in St. Gallen antrat, hatten wir noch ein eigenes Wasserlabor. Dessen Auflösung war damals allerdings schon entschieden. Ab einem bestimmten Stichtag wurden sämtliche Proben nicht mehr selber analysiert, sondern dem kantonalen Labor zur Analyse übergeben. Dass dieser Schritt gemacht wurde, hatte nicht nur finanzielle Gründe: Die örtliche Nähe sowie der gute persönliche Kontakt zu verschiedenen Mitarbeitenden im Kantonslabor sprachen für diese Lösung.
Ein Meilenstein für mich als Leiter der Qualitätssicherung war auf jeden Fall die Entwicklung der Durchflusszytometrie für die Anwendung im Trinkwasserbereich. Wir waren sicher ein wichtiger Beweggrund für das kantonale Labor, bereits in einer frühen Phase einen Durchflusszytometer anzuschaffen. Heute gehört die Durchflusszytometrie zur Routineanalyse von unserem Trinkwasser. In der Regel weist das St. Galler Trinkwasser kaum AMK-Werte grösser als 2 KBE/ml auf. Solch tiefe AMK-Werte sind zwar erfreulich, aber nicht hilfreich, wenn es um frühzeitige Erkennung von Trends geht. Mit den Resultaten der Durchflusszytometrie haben wir hier ganz andere
Möglichkeiten.

Die Online-Überwachung von der Wassergewinnung über die Aufbereitung bis hin zu Speicherung und Verteilung wird zunehmend wichtiger. Welche Ansätze verfolgen die St. Galler Stadtwerke auf diesem Gebiet?
Wir haben die Zahl der Online-Geräte in den letzten Jahren gegenüber früheren Jahren reduziert. Damit möchte ich allerdings nicht sagen, dass die Online-Überwachung nicht ihren Platz hat. Sie soll aber nur dort zum Einsatz kommen, wo sie erforderlich ist, beispielsweise als Überwachung an kritischen Kontrollpunkten (CCP) oder als Frühwarnsystem zur Erkennung von Verunreinigungen. Online-Geräte können die Selbstkontrolle unterstützen. Ich finde es aber unsinnig, irgendwelche Apparate in der Versorgung aufzuhängen, die nicht mit einer klaren Fragestellung verbunden sind. Ausserdem müssen Massnahmen hinterlegt sein, wie im Falle einer Überschreitung eines Alarmwertes zu handeln ist. Woran ich hingegen sehr grosse Erwartungen habe, sind intelligente Systeme, also Systeme, die verschiedene Messgrössen berücksichtigen und dadurch zu
genaueren Aussagen kommen.

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