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Technologie-Report
DVGW Technologie-Report Nr. 1/08
Signifikante demographische Bewegungen wie die Abwanderung der Bevölkerung aus strukturschwachen Regionen Deutschlands stellen die Wasserversorgung derzeit vor besondere Probleme. Stadtumbaumaßnahmen wie der Abriss von Wohnbauten beeinflussen den Wasserverbrauch und damit die Fließzeiten im Leitungsnetz. Doch auch globale Phänomene wie der Klimawandel werden nach Meinung von Experten die Bedingungen für die Wasserversorgung beeinflussen. Diese unterschiedlichen Faktoren können sowohl Auswirkungen auf die bereitzustellende Trinkwassermenge, als auch auf die Rohwasserqualität haben. Für die Wasserforschung ergeben sich damit vielfältige neue Aufgabenfelder.
Bisher dominieren in der Wasserforschung Themen wie die Wasseranalytik und die Wasseraufbereitungstechnik. Zukünftig wird es hier eine Schwerpunktverlagerung auf andere Aspekte wie den Netzbetrieb und den Ressourcenschutz geben. Ein wichtiges Forschungsgebiet betrifft die Wasserverteilung bei veränderten Fließverhältnissen.
Sinkender Wasserverbrauch beeinflusst Versorgung
Der Bevölkerungsschwund in bestimmten Regionen beeinflusst nicht nur die sichtbare Infrastruktur, sondern auch die Wasserversorgung. Durch den sinkenden Verbrauch verbleibt das Wasser länger in den Leitungssystemen, zum Teil stagniert es sogar. Damit sich dies nicht negativ auf die Trinkwasserqualität auswirkt, müssen rechtzeitig Gegenmaßnahmen getroffen werden.
Um gezielt handeln zu können, ist es notwendig, die Vorgänge in den Leitungen genau zu kennen. Von besonderer Bedeutung bei sinkendem Wasserverbrauch sind die mikrobiologischen Verhältnisse und die Rostwasserbildung. Der DVGW fördert daher Projekte zur Erforschung der Aufkeimungsvorgänge, des Wachstumsverhaltens coliformer Bakterien und der Entstehung von Ablagerungen im Wasserverteilungssystem. Ziel ist die Entwicklung allgemein anwendbarer Modellansätze zur Beschreibung der maßgeblichen Prozesse der Güteentwicklung im Leitungsnetz.
Die bislang vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass bei Anwendung der Modelle trotz der Komplexität der Abläufe und der unterschiedlichen Bedingungen in Trinkwassernetzen die Ursache von Güteveränderungen schnell erkannt und so zielgerichtete Maßnahmen abgeleitet werden können. Hierdurch tritt nicht nur eine sofortige Verbesserung ein, häufig können Aufwendungen des Wasserversorgers in erheblichem Umfang reduziert werden.
Maßnahmen zur Beseitigung mikrobiologischer Probleme sind z. B.:
- die Abschaltung von Nachdesinfektionen
- ein regelmäßiger Austrag von Ablagerungen
- ein regelmäßiger Wasseraustausch
Maßnahmen gegen Rostwasser
Geringe Fließgeschwindigkeiten können eine vermehrte Bildung von Ablagerungen von Eisen oder Mangan im Leitungsnetz verursachen. Der Grund ist, dass Partikel mit dem Reinwasser ins Netz gespült werden oder sich durch Korrosion in den Rohren bilden. Bereits geringe Veränderungen der Fließverhältnisse können Aufwirbelungen verursachen, wobei als Ergebnis Rostwasser entsteht.
Ein zweiter Auslöser für Rostwasserbildung ist die verstärkte Eisenaufnahme des Wassers bei Stagnation in ungeschützten Rohren aus Eisenwerkstoffen. Ein hoher Eisengehalt kann in Versorgungsleitungen mit langen Verweilzeiten oder bei regelmäßig stagnierendem Wasser auftreten. Dies führt dazu, dass braunes Wasser aus der Armatur fließt oder die Braunfärbung verzögert nach Kontakt mit Luftsauerstoff im Gefäß oder Waschbecken eintritt.
Ablagerungen werden ausgespült
Eine Möglichkeit, um lose Ablagerungen aus den Leitungen auszutragen, sind Rohrnetzspülungen. Die Rohre werden dabei gezielt durchgespült. Verbreitet sind Endstrangspülungen, die jedoch oftmals wenig effektiv sind. In einem Forschungsvorhaben wird derzeit ein Modell entwickelt, mit dem die Bildung von Ablagerungen in Leitungen simuliert werden kann. Im Ergebnis werden die Bereiche in Verteilungssystemen mit erhöhter Anreicherung von Ablagerungen identifiziert und im nächsten Schritt ein an die Ablagerungsbildung angepasster, systematischer Spülplan entwickelt.
Wie die Ergebnisse aus mehreren Netzen zeigen, wird durch Reinigung der sensiblen Bereiche in einem Netz eine schnelle und nachhaltige Beseitigung von Braunwasserproblemen erreicht. Neben der Aufstellung von Spülplänen können auch gezielte Empfehlungen für hydraulische Optimierungen, mit dem Ziel der Verringerungen der Ablagerungsvorgänge sowie Rehabilitationsempfehlungen zur Verminderung des Partikeleintrags gegeben werden.
Mikrobiologie bei reduziertem Durchfluss
Erste Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass mehrere Prozesse die mikrobiologische Wasserqualität beeinflussen. Auch bei hohen Nährstoffkonzentrationen im Trinkwasser ist eine weitgehende Stabilisierung möglich. Erhöhte Koloniezahlen sind damit in der Regel auf Störungen im Leitungsnetz zurückzuführen.
Eine längere Verweilzeit des Wassers im Netz wirkt sich nicht unbedingt negativ im Sinne einer erhöhten Keimbildung aus. Der Grund dafür ist der Biofilm auf den inneren Oberflächen des Leitungsnetzes, der sich an die Randbedingungen anpasst und für ein stabiles Gleichgewicht der bakteriologischen Verhältnisse in den Leitungen sorgt. Desinfektionsmaßnahmen können dieses Gleichgewicht unter Umständen stören, indem sie den Biofilm schädigen. Eine Desinfektion ist daher nicht unbedingt die richtige Lösung, um Aufkeimungserscheinungen infolge einer Veränderung der Fließverhältnisse im Netz zu begrenzen.
Klimawandel hat begonnen
Der Klimawandel erhält weltweit wachsende Aufmerksamkeit in Politik und Wirtschaft. In Tendenzen ist der Beginn klimatischer Veränderungen durch den Anstieg von Treibhausgasen in der Atmosphäre bereits spürbar. Messdaten aus aller Welt belegen, dass sich die Durchschnittstemperaturen auf der Erdoberfläche erhöhen. Seit 1900 ist die Durchschnittstemperatur der Erde um 0,7 Grad Celsius angestiegen. Zu den unvermeidlichen Folgen der Klimaveränderungen gehören laut Expertenmeinungen ein zunehmender Wassermangel, ein erhöhtes Risiko von Waldbränden sowie ein weiterer Anstieg des Meeresspiegels. Es wird damit gerechnet, dass Trockenphasen und Hochwasserereignisse in Deutschland vermehrt auftreten werden.
Belastung für die Wasserressourcen
Für die Wasserversorgung in Deutschland sind vor allem Auswirkungen auf die Rohwasserqualität und das Wasserdargebot zu erwarten. In länger anhaltenden Dürrephasen wird sich durch den sinkenden Grundwasserspiegel und Niedrigwasser in Flüssen das Wasserdargebot zeitweilig verringern. Konflikte mit der Land- und Forstwirtschaft sowie dem Naturschutz um die Wassernutzung könnten die Folge sein.
Die Rohwasserressourcen werden bei länger andauernden Wärme- und Trockenphasen im Sommer stärkeren Belastungen unterliegen. So kann eine zusätzliche Nitratbelastung des Grundwassers auftreten, wenn nach länger währenden Wärme- und Trockenphasen im Sommer mit den einsetzenden Niederschlägen große Mengen an Mineralien schubweise eingetragen werden.
Ein sinkender Grundwasserspiegel führt außerdem zu Änderungen der Strömungsverhältnisse des Grundwassers. Dadurch kann Salzwasser in den Grundwasserleiter eintreten und die Rohwasserbeschaffenheit langfristig beeinflussen.
In kleinen und flachen Talsperren kann es bei höheren Temperaturen und stärkerer Sonneneinstrahlung zur Algenblüte kommen.
Hochwasserereignisse verursachen in der Regel eine verstärkte Trübung des Rohwassers. Vor allem bei Wasserentnahmen aus Oberflächengewässern kann so ein höherer Aufbereitungsaufwand erforderlich werden. Wärmere Winter erleichtern das Überleben von Schädlingen, was einen stärkeren Einsatz von Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft notwendig macht. Auch dadurch kann mehr Aufbereitung notwendig werden.
Weiterer Forschungsbedarf
Vor diesem Hintergrund hat der DVGW zusammen mit dem Bundesumweltministerium und der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser Forschungsansätze entwickelt. Wesentlicher Punkt ist die Stärkung der Zusammenarbeit der involvierten Gruppen und die Förderung von vernetztem und großräumigem Denken. Die Wasserwirtschaft kann hier nicht alleine agieren, andere Partner wie etwa die Land- und Forstwirtschaft müssen mit "ins Boot".
Eine weitere Aufgabe ist der Ausbau von flächendeckenden Monitoringprogrammen. Bestehende Messstrukturen sollten ausgebaut werden, ältere Messnetze könnten reaktiviert werden. Die Entwicklung von zuverlässigen Klimamodellen ist von entscheidender Bedeutung. Diese müssen regional verankert sein. Sinnvolle Anpassungsmaßnahmen der Wasserwirtschaft können nur auf einer feinmaschigen Datengrundlage vorgenommen werden. Der Ausbau von Verbundstrukturen kann helfen, in Trockenphasen oder bei Hochwasserereignissen einen Ausgleich bereitzustellen, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Das kann verstärkt dazu führen, dass Wässer gemischt werden, wobei Fragen der Wasserqualität zu klären sind.
Steigende Nitratausträge aus dem Boden nach längeren Trockenzeiten müssen aufgefangen werden. Daher sind Aufbereitungstechnologien weiterzuentwickeln – aber auch die Möglichkeiten der Landwirtschaft, diese Effekte durch sinnvolle Fruchtfolgen und ein nachhaltiges Düngemanagement abzumildern.
Forschungsbedarf besteht jedoch auch in anderen Bereichen: eine energieoptimierte Fahrweise der Netze und Anlagen in der Wasserversorgung könnte beispielsweise den Energieeinsatz reduzieren und so einen umweltverträglichen Betrieb gewährleisten.
Weiterführende Informationen:
