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Die mikrobiologische Beurteilung von Trinkwasser stützt sich in der Schweiz auf kultivierungsabhängige Parameter gemäss der Verordnung des Eidg. Departement des Innern EDI über Trinkwasser sowie Wasser in öffentlich zugänglichen Bädern und Duschanlagen [1]. Diese Verfahren sind für den regulatorischen Nachweis etabliert, liefern Ergebnisse jedoch erst nach mehreren Tagen. Für die betriebliche Überwachung ist diese Verzögerung problematisch, da sich die Qualität von Rohwasser schnell verändern kann, beispielsweise nach Niederschlägen oder durch andere Einflüsse im Einzugsgebiet. Das kann dazu führen, dass kontaminiertes Wasser das Verteilnetz erreicht, bevor ein Laborergebnis vorliegt. Aus diesem Grund sind ergänzende Indikatorparameter mit kurzer Reaktionszeit besonders interessant.
WWZ versorgt rund 66 000 Einwohnerinnen und Einwohner im Kanton Zug sowie im Luzernischen Hochdorf. Das Trinkwasser aus den rund 80 Quellen im Lorzentobel wird über vier separate Hauptzuleitungen ins Quellwasserwerk geführt, wo die Stränge einzeln überwacht und aufbereitet werden, bevor das Wasser ins Reservoir überführt wird. Trotz Quellschutzzonen bestehen Restrisiken durch Umwelteinflüsse, alternde Infrastruktur und Bauprojekte. Konkret fehlte WWZ die Möglichkeit zur quellspezifischen mikrobiologischen Qualitätsüberwachung, insbesondere nach Starkniederschlägen.
Zur Sicherstellung einer zeitnahen mikrobiologischen Überwachung implementierte WWZ das Online-Durchflusszytometer BactoSense (bNovate Technologies SA, Ecublens) zur Bestimmung der Gesamtzellzahl (GZZ). Das Gerät misst die GZZ vollautomatisch ohne Kultivierungsschritt. Die Messergebnisse liegen alle 30 Minuten vor. Die Durchflusszytometrie wird in der Trinkwasserforschung und -praxis seit mehr als 15 Jahren eingesetzt. Dabei wurde in der Schweiz wesentliche Pionierarbeit bei der Etablierung und Anwendung dieser Methodik geleistet [2]. Die Bestimmung der Gesamtzellzahl mittels Durchflusszytometrie ist im SVGW-Methodenkatalog als MW102 beschrieben und stellt damit eine schweizweit anerkannte Methode dar (s. Box 1, [3]).
Mittlerweile setzt WWZ seit mehreren Jahren auf eine moderne mikrobiologische Überwachung mit BactoSense. In der ersten Phase wurde ein einzelner Quellstrang im Lorzentobel kontinuierlich überwacht. Dazu kam der mobile Einsatz zur Verlaufskontrolle bei Leitungsarbeiten und Spülvorgängen im Verteilnetz. Die rasche GZZ-Messung ermöglicht dort erstmals eine objektive, datengestützte Beurteilung der Wasserqualität bei der Wiederinbetriebnahme.
Im Sommer 2025 wurde das Quellwasserwerk im Rahmen eines Pilotprojekts durch einen weiteren BactoSense mit vorgeschaltetem BactoSwitch-Probenahmemodul erweitert: Dieses Modul schaltet das Analysegerät alternierend zwischen bis zu vier Zuleitungen um, sodass alle vier Quellstränge mit einem einzigen Messgerät sequenziell überwacht werden (Fig. 1). Die Daten werden über eine Mobilfunkverbindung auf die BactoCloud-Plattform übertragen. Diese visualisiert die Messzeitreihen aller vier Stränge, versendet automatische Alarme und ermöglicht den Fernzugriff auf das Gerät. Zusätzlich wird der neuartige BactoScore-Parameter erprobt, der Veränderungen der mikrobiellen Zusammensetzung erfasst (Beispiele in Fig. 2B/D) [4]. Dabei wird der mikrobielle Fingerabdruck jeder Probe mathematisch mit einem quellspezifischen Referenzzustand verglichen und eine prozentuale Abweichung berechnet. So lassen sich abnormale Veränderungen ergänzend zur Gesamtzellzahldetektieren.
Die Online-Überwachung im Lorzentobel zeigte deutlich auf, dass die vier Quellstränge trotz räumlicher Nähe mikrobiell erheblich verschieden sind (Tab. 1). Die Zellzahlen im Normalzustand waren bei Quellstrang 1 rund sechsfach höher als bei Quellstrang 4. Auch die Stabilität der Quellen, ausgedrückt durch den Variationskoeffizienten der Zellzahlen, war stark unterschiedlich (zwischen 23 und 45%). Dies lässt auf unterschiedliche hydrogeologische Charakteristika schliessen, durch die bestimmte Quellen deutlich stärker auf Niederschlagsereignisse oder andere Einträge reagieren. Diese quellspezifische Risikocharakterisierung ermöglicht WWZ eine datengestützte Priorisierung von Inspektionen und Schutzmassnahmen (Box 2).
| Parameter | Strang 1 | Strang 2 | Strang 3 | Strang 4 |
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Durchschnittliche Gesamtzellzahl GZZ |
24 155/ml | 23 702/ml | 7406/ml | 3771/ml |
|
Variationskoeffizient |
41% | 23% | 40% | 45% |
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Mitte Juli 2025 wurde bei Strang 1 eine auffällige Veränderung detektiert. Das Durchflusszytometer registrierte einen starken GZZ-Anstieg (Fig. 2A) am Anlageneingang sowie gleichzeitig eine Veränderung des mikrobiellen Fingerabdrucks (Fig. 2B). Die Trübung blieb dabei unterhalb der Verwurfsgrenze von 0,6 FNU (Fig. 2C). Allein auf Basis der Trübung wäre das Ereignis unentdeckt geblieben. Laborproben bestätigten vier Tage später eine Rohwasserkontamination mit E. coli, Enterokokken und hohen Werten an aeroben mesophilen Keimen (AMK). Die UV-Desinfektion vor dem Anlagenausgang war jedoch wirksam und das behandelte Wasser erfüllte die Richtlinienwerte.
Die bisherigen Erfahrungen mit der Online-Durchflusszytometrie bei WWZ zeigen, dass vollautomatische, quellspezifische Messungen einen deutlichen Mehrwert gegenüber der konventionellen Stichprobenüberwachung bieten können. Vier räumlich benachbarte Quellstränge erwiesen sich als mikrobiell grundlegend verschieden – eine Information, die mit periodischen Laborproben nicht quantitativ erfassbar war und für die risikobasierte Umsetzung von Schutzmassnahmen wichtig ist. Das Kontaminationsereignis mit E. coli und Enterokokken blieb der Trübungsmessung vollständig verborgen, wurde jedoch durch GZZ und mikrobiellen Fingerabdruck frühzeitig erkannt – ein klarer Hinweis auf die Grenzen einer rein physikalisch-chemischen Überwachung.
«Dank der Online-Durchflusszytometrie haben wir die mikrobiologische Qualität aller Quellwässer jederzeit im Blick. Die Messungen zeigen nicht nur Unterschiede zwischen den einzelnen Zuläufen, sondern auch unerwartete Veränderungen. So können wir Entwicklungen frühzeitig erkennen und gezielt reagieren.»
Karl Zimmermann, Brunnenmeister von WWZ
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Die Online-Durchflusszytometrie adressiert die eingangs beschriebenen Herausforderungen direkt: Sie ermöglicht erstmals eine automatisierte und quantitative Differenzierung der mikrobiologischen Qualität, beschleunigt die Reaktion auf abnormale Veränderungen von Tagen auf Stunden und begleitet mittlerweile auch alle grösseren Leitungsbauprojekte im Verteilnetz. Als SVGW-anerkannte Methode schliesst sie damit eine wesentliche Lücke im bisherigen Überwachungskonzept. WWZ evaluiert derzeit die Integration der Resultate und Alarme in ihr Prozessleitsystem, um die Überwachung weiter zu stärken und den Schutz der Trinkwasserqualität im Ereignisfall noch besser abzusichern.
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[1] Eidgenössisches Departement des Innern (EDI) (2017): Verordnung über Trinkwasser sowie Wasser in öffentlich zugänglichen Bädern und Duschanlagen (TBDV, SR 817.022.11). Bern
[2] Hammes, F. et al. (2008): Flow-cytometric total bacterial cell counts as a descriptive microbiological parameter for drinking water treatment processes. Water Research 42(1–2): 269–277.
[3] SVGW (2023): Bestimmung der Gesamtzellzahl in Wasserproben mittels Durchflusszytometrie. MW102 d. Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches (SVGW). ZĂĽrich
[4] Egli, T. et al. (2024): Domestic hot-water boilers harbour active thermophilic bacterial communities distinctly different from those in the cold-water supply. Water Research 253: 121109.
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Mit BactoSense werden Mikroben durchflusszytometrisch gemessen. Dabei werden Zellen in der Wasserprobe mit einem fluoreszierenden Farbstoff angefärbt und dann durch eine Kapillare geleitet, wo sie von einem Laser angeregt werden. Durch die Auswertung der emittierten Lichtsignale können sie genau gezählt werden. Die Lichtsignaturen aller gemessenen Zellen zusammen ergeben zudem einen Fingerabdruck, der die mikrobielle Zusammensetzung der Probe widerspiegelt (s. Fig. 2B/D).
Die Bestimmung der Gesamtzellzahl mittels Durchflusszytometrie ist im SVGW-Methodenkatalog als Methode MW 102 verankert und stellt eine in der Schweizer Wasserversorgung anerkannte Referenzmethode dar [3].
Zur Bestimmung der mikrobiologischen Trinkwasserqualität werden in der Schweiz üblicherweise Kultivierungsverfahren angewendet. Diese bestimmen Mikroorganismen, die sich unter den gegebenen Kultivierungsbedingungen vermehren können. Ein bekanntes Beispiel ist die AMK-Methode (aerob mesophile Keime). Diese Methode erfordert eine Inkubation von bis zu 72 Stunden und weist weniger als 1% aller vorhandenen Bakterien nach [2].
Die Durchflusszytometrie hingegen erfasst die Gesamtheit aller Zellen, unabhängig davon, ob diese kultivierbar sind, und liefert die Ergebnisse 20 Minuten nach der Probenahme. Beide Methoden sind komplementär: Kultivierungsverfahren liefern den regulatorisch vorgeschriebenen Nachweis; die Durchflusszytometrie ermöglicht eine schnelle und vollautomatische Überwachung der mikrobiellen Gesamtbelastung.
Die Erfahrungen bei WWZ legen nahe, dass auch benachbarte Quellstränge mikrobiologisch deutlich unterschiedlich sein können. Eine kontinuierliche Überwachung mit Durchflusszytometrie kann Veränderungen der Rohwasserqualität frühzeitig erfassen und die betriebliche Bewertung im Ereignisfall unterstützen. Sie erweitert die bestehende mikrobiologische Überwachung um einen zeitnah verfügbaren digitalen Indikatorparameter.
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