Wasserversorgung im 21. Jahrhundert - sind wir in der Krise? - Urs von Gunten Eawag, das Wasserforschungsinstitut des ETH Bereichs EPFL, Ecole ...
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Wasserversorgung im 21. Jahrhundert –
sind wir in der Krise?
Urs von Gunten
Eawag, das Wasserforschungsinstitut des ETH Bereichs
EPFL, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Trinkwasser: Wechselspiel zwischen Quantität und Qualität
Quantität Qualität
§ Niederschläge § Hygiene
§ Speicherkapazität Viren, Bakterien, Protozoen
§ Wassernutzungen § Chemische Parameter
Wasserhärte, pH, DOC
Sauerstoffgehalt
Geschmack, Geruch, Farbe
Spurenstoffe
(anorganisch/organisch)
Wasserkrise Kapstadt 2017/2018
Frankfurter Allgemeine 15.3.2018
https://www.kapstadtmagazin.de/wasser-sparen-kapstadt
Von Kapstadt zu Knappstadt: Knapp geschafft!
km3
1
0.8 Kapazität Stauseen
Wasserbedarf
0.6
0.4
Niederschlag
0.2
0
http://cip.csag.uct.ac.za/monitoring/bigsix.html
Trockenheit in der Schweiz 2018: Jahrhundert Regenmangel
Aargauer Zeitung 3.8.2018
https://www.schweizersee.ch/lac_brenet/
Lac Brenet, Anthony Anex, Keystone
Trockenheit in der Schweiz – 2018
(%)
NZZ am Sonntag, 29.12.2018
Niederschlag in der Schweiz – 1981-2010
Niederschlag
Niederschlag Beobachtungen
Beobachtungen 1981− 2010
Winter
1981− 2010
Sommer
Sommer Winter
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Niederschlag (mm pro Tag) Niederschlag (mm pro Tag)
© Klimaszenarien CH2018 © Klimaszenarien CH2018
Niederschlag in der Schweiz – Prognose 2060
Niederschlag Abweichung (%) Niederschlag Abweichung (%)
Abweichung von der Normperiode 1981− 2010 Abweichung von der Normperiode 1981− 2010
2060 RCP8.5 2060 RCP8.5
Sommer Mittlere Schätzung Winter Mittlere Schätzung
− 25 − 15 −5 5 15 25 − 25 − 15 −5 5 15 25
Abweichung (%) Abweichung (%)
© Klimaszenarien CH2018 © Klimaszenarien CH2018
Wasserkrisen weltweit
• Windhoek (Namibia, Ende 1970er Jahre)
• Australien (2000er Jahre, Perth, Brisbane)
• Kalifornien (Dürre: 2011-2017)
• Singapur (Wasserautonomie)
• ….
San Francisco Chronicle, 20. Nov. 2018
Abwasser
rezyklieren
Wasser Meerwasser-
sparen entsalzung
Umkehrosmose
Lösungsansätze
Bewässerung Wasserkrisen
Regenwasser
Industrie Rory M. Shaw
optimieren -nutzung
Wetland Park, LA
Wem gehört das Wasser?
Lars Müller Verlag, 2006
Mehrere Künstliche
Wasser- Grundwasser
ressourcen AnreicherungAbwasser
rezyklieren
Wasser Meerwasser-
sparen entsalzung
Bewässerung Regenwasser
optimieren -nutzung
Mehrere Künstliche
Wasser- Grundwasser
ressourcen AnreicherungMehrere
Wasserressourcen
Brunnen am Zumiker Rastplatz Mühlitobel, Zürichsee-Zeitung, 16. August 2016Eine bewährte Lösung
Wasserlieferungen der Wasserversorgung Zürich an 67 Gemeinden
Sommer 2018
2017: 43 cm
2018: 51 cm
D: 8 cm
5% des Zuflusses
3.9 km3
88 km2
Schaad, TA, Sept. 2018, A. Peter WVZ, Jan. 2019, http://www.hydrodaten.admin.ch/de/2104.html
https://www.stadt-zuerich.ch/dib/de/index/wasserversorgung/wasserverteilung/versorgungsgebiet.htmlAbwasser
rezyklieren
Wasser Meerwasser-
sparen entsalzung
Bewässerung Regenwasser
optimieren -nutzung
Künstliche
Mehrere Grundwasser
Ressourcen AnreicherungKünstliche Grundwasseranreicherung im Hardwald BL
Infiltrationsgebiet Hardwald BL
8 m Infiltration pro TagGrundwassernutzung in der Schweiz: Rolle der künstlichen
Anreicherung und des Uferfiltrats
> 50000 Einwohner
Künstlich
angereichert
33%
Uferinfiltrat
58%
9% Echtes
Grundwasser
< 10000 Einwohner
1%
10%
89%Thur: Mögliche Kombination von Hochwasserschutz mit
Grundwasseranreicherung
Existierende Dämme
Rückhaltefläche
Notfallentlastung
Schutzmass-
nahmen
M. Baumann, Amt für Umwelt, Kanton ThurgauAbwasser
rezyklieren
Wasser Meerwasser-
sparen entsalzung
Bewässerung Regenwasser
optimieren -nutzung
Künstliche
Mehrere Grundwasser
Ressourcen AnreicherungDer urbane Wasserkreislauf Industrie/Gewerbe
Spitäler
Geplantes/ungeplantes
indirektes Recycling
20%
38%
Schweiz
Mehrstufige
42%
29% Aufbereitung
38%
Einstufige
Schweiz Aufbereitung
Seewasser
Keine Aufbereitung
Grundwasser
33%
QuellwasserDer Rhein: Wasserressource und “Kanalisation” für 50 Mio Leute
Trinkwasser aus dem Rhein: Indirekte Nutzung von rezykliertem
Abwasser 3°E 4°E
e
5°E 6°E 7°E 8°E 9°E 10°E
Internationale Flussgebietseinheit Rhein
Bericht Teil A
11°E 12°E
e K2 - Oberflächengewässer -
Überblicksmessnetz: Chemische und
z
• Anteil rezykliertes Abwasser
chemisch-physikalische Parameter
rd
53°N
Messstelle:
Noo
NL Messstelle am Rhein Hauptstrom
53°N
Messstelle am Nebenfluss
Niederlande
IJsselmeer
DE Internationale Flussgebietseinheit Rhein
Ve
Küstengewässer
c
hte
IJ ssel
Amsterdam Übergangsgewässer
Den Haag Fließgewässer > 2.500 km²
Basel ca. 10%
52°N
Rotterdam Nederrijn/Lek Kanäle (Schiffsklasse ≥ Va)
52°N
Seen
Wa
al
Staatsgrenzen
Lip pe
Ländergrenzen
Dortmund Städte
Duisburg Essen Ru
hr
Düsseldorf
51°N
Köln
51°N
Niederlande ca. 30 – 60%
Si eg
W (BE)
Rh
ein
aa l e
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La hn ch
kis
än
Frankfurt a. M.
50°N
Fr
Wiesbaden
S au e r
50°N
l
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LU Mainz
o
M
R
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eg
Na
• Uferfiltration oder künstliche
Luxembourg
n itz
Sa
DE
ar
N
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Saarbrücken
ka r
e Metz
49°N
ell
os
M
49°N
FR Stuttgart
Infiltration als wichtige Barriere
Strasbourg
Sa
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u
r
Basel
rth
e
Ill
Rhin
48°N
48°N
Bodensee
Rhein
• Physikalisch-chemische und
Basel Zürich
1:2.300.000 (A3) Bregenz
in
he
Aa
re
FL AT
47°N
Alpenr
0 15 30 60 km
CH Vaduz
47°N
Koordinierungs-
komitee
Rhein
ein
errh
e r r hei n
Realisierung Vord
Bundesanstalt für
biologische Aufbereitung abhängig
nt
Gewässerkunde
i
H
Datenquellen
- Zuständige Behörden in der internationalen Flussgebietseinheit Rhein
IT
Stand:
46°N
- This product includes geographical data licensed from
European National Mapping Agencies. © EuroGeographics März 2007
5°E 6°E 7°E 8°E 9°E 10°E 11°E 12°E
von der Wasserqualität (CHTrinkwasser als Multibarrierensystem
Ressourcenschutz Aufbereitung Verteilnetz
Rosario-Ortiz, F., Rose, J., Speight, V., von Gunten, U. and Schnoor, J. (2016) How do you like your tap water? Science 351(6276), 912-914.Entwicklung der Trinkwasserprobleme in
industrialisierten Ländern im 20. Jahrhundert
Sandfiltration
Biologie Chlorung Eutrophierung
Hygiene
akut Cholera Mikrobielle
Typhus etc. Auferstehung
Pflanzen 1960 Protozoen
1900 2000
Organische Chemikalien
chronisch Krebs
Disinfektionsnebenprodukte
Chemie
Endokrine Substanzen
Reproduktion Pharmazeutika
Fruchtbarkeit,
Antibiotikaresistenzhttp://www.who.int/gho/mortality_burden_disease/causes_death/top_10/en/
Häufigste Todesursachen (WHO 2016)
Alle Alter Alter 5-14
Welt Welt
Alle Alter
Afrika Alter 5-14
AfrikaKünstliche Grundwasseranreicherung: Hardwald, Baselland
2. Vorbehandlung 3. Künstliche 4. 5. Verteilung
1. Rhein Pumpstation (Sedimentation / Schnellsand Filtration) Anreicherung Aktiv- nach UV-
kohle Behandlung
Abtrennung von Partikeln
Biologische
Spurenstoffe Physikalisch-
Behandlung
120
Pharmazeutika chemische
Pestizide
100
S 103 S 102 Biozide Behandlung
Bet‰ubungsmittel
Per- und Polyfluorierte
Verbindungen
Rhein DOC 1.66 mg/L
Anzahl Substanzen
80 Sonstiges
Sandfilter DOC 1.54 mg/L
60
Grundwasser DOC 0.55 mg/L
S 44
40 Aktivkohle
20
S1
0
Rheinwasser vor Versickerung Grundwasser Trinkwasser Projekt “Regionale Wasserversorgung Baselland 21”Prognose des Wasserbedarfs in Perth und Umgebung:
Defizit von 0.255 km3 (255 Mio m3) im Jahr 2060
km3
0.5
0.4 Sparmassnahmen
Perth
0.3
Talsperren
0.2
Grundwasser
0.1
Meerwasserentsalzung
0Abwasser als Wasserressource: Es nimmt proportional mit der Bevölkerung zu… Abwasserrecycling braucht < 50% der Energie von Meerwasserentsalzung
Wie sehen die Medien/Bevölkerung rezykliertes Abwasser?
The Yuck Factor
Der Ekel-Faktor
By Paul Lachine
Source: http://www.hcn.org/issues/354/17227(In)direktes Abwasserrecycling
Gereignigtes
Abwasser
Entfernung von Vorozonung Chloraminierung
Spurenstoffen Coag./Sed./Float
Desinfektion
Entfernung von
Sandfiltration Microfiltration
Mikroorganismen
Natürliche Selbstreinigung
Entfernung von
Entfernung von
Trinkwasser
Spurenstoffen Zwischenozonung Umkehrosmose
Desinfektion Spurenstoffen
Entfernung von Entfernung von
Spurenstoffen BAK-GAK UV-Behandlung Spurenstoffen
Desinfektion Ultrafiltration UV/H2O2 DesinfektionAbwasser-Recycling in Perth - Westaustralien
Wasserkrise Schweiz? Wasserbilanz in der Schweiz
Erneuerbar 18 km3
Genutzt 1.3 km3
Schweizerische Hydrologische Kommission, CHy 2013Speichervolumen und Bewässerungsbedarf in der Schweiz NFP 61 – Thematische Synthese 1
Wasservolumen in Gletschern:
Historische Messungen und Prognose
Schweizerische Hydrologische Kommission, CHy 2013Mio Einwohner
1 km3
Erneuerbares GW 18 m3
Seewasser 150 m3
Mio m3
http://wasserqualitaet.ch/index.php?id=764Wasserinfrastrukturkosten
Wiederbeschaffungswert
Öffentliche Wasserversorgung total 50 Mia Fr.
Leitungsnetz 35 Mia Fr.
Weitere Anlagen 15 Mia Fr.
Öffentliche Siedlungsentwässerung 65.3 Mia Fr.
Kanalisation 55.2 Mia Fr.
ARA 10.1 Mia Fr.
Total ca. 115 Mia Fr. = ca. 15’000 Fr./Person
NFP 61 – Thematische Synthese 1 Wiederbeschaffungswert der Umweltinfrastruktur, BAFU 2009Entwicklung der Seewasseraufbereitung in der Schweiz:
Erfolg des Gewässerschutzes
Wichtige Treiber:
Hygiene
Trübung
Algenprodukte (z.B.
Geruchsstoffe, Cyanotoxine)
Spurenstoffe
A. Gmünder, WabagFlaschenwasser: Teures Lifestyleprodukt
1 m3 Trinkwasser: durchschnittlich 1.85 Fr.
ca. 30 Rappen pro Kopf und Tag
Wem gehört das Wasser? Lars Müller Verlag, 2006Wasserinfrastrukturkosten - Flaschenwasser
2017
Erfrischungsgetränke 68L/p
Flaschenwasser 115L/p
Ca. 1.4 Mia CHF/Jahr
NFP 61 – Thematische Synthese 1 https://mineralwasser.swiss/kennzahlen/pro-kopf-verbrauch/Diffuse
Quellen
Punktquellen
Abwasser
kommunal
industriell
Landwirtschaft
Deponien
Organische Spurenstoffe:
Geogene Verunreinigungen
Bergbau
Persistente organische
Stoffe (POPs)
Örtliche und zeitliche Dimension der ProblemeAbwasser: Strategie Micropoll - Schweiz
§ Bundesamt für Umwelt empfiehlt weitergehende Abwasserreinigung um
Spurenstoffe zu entfernen (50% Reduktion der totalen Fracht) aus ökologischen
Gründen
§ Neues Gewässerschutzgesetz tritt 2016 in Kraft
§ Ausbau von ca. 100 ARA (von 700) in den nächsten 20 Jahren:
• Grosse ARA (>100‘000 Einwohner) um die Fracht zu vermindern (Ökonomie
internationale Verpflichtungen (Rhein))
• ARA, welche in Gewässer mit hohem Anteil an Abwasser entlasten (Ökosysteme)
• ARA, welche in Gewässer mit hohem Anteil an Uferfiltration entlasten
(Trinkwasserschutz)Strategie Micropoll - Aufbereitung § Aufbereitung: Ozonung/biologische Nachbehandlung oder (Pulver/granulierte) Aktivkohle Investitionskosten: 1.2 Mia Fr. , zusätzlich 120 Mio Fr. Betriebskosten/Jahr § Ca. 10 Fr./Person/Jahr § Erhöhung der Kosten der ARA: 2-25% § Zunahme des Elektrizitätsverbrauchs (0.1%), kann durch zuzsätzliche Biogasproduktion und Photovoltaik kompensiert werden
Landwirtschaft: Zähes Ringen um Kompromisse https://www.blw.admin.ch/blw/de/home/nachhaltige-produktion/pflanzenschutz/aktionsplan.html
Schlussfolgerungen
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