Internationale WasserforschungsAllianz Sachsen

Wasserqualität

Abbildung 1: Bild der Arbeitsgruppen "Wasserqualität" (Arbeitspaket 5) und "Trinkwasseraufbereitung" (Arbeitspaket 6)

Einleitung

Die Trinkwasserversorgung von Brasilia und dem Bundesdistrikt (Föderaler Bezirk Brasilia, Distrito Federal, DF) basiert zu einem Großteil (80%) auf der Nutzung von Oberflächenwasser aus Stauseen. Die Wasserqualität dieser Reservoire wird durch Abwässer aus Haushalten und Krankenhäusern (Arzneimittel, Haushaltschemikalien), sowie diffusen Einleitungen aus der Landwirtschaft (Pestizide, Nährstoffe) bedroht.

Abbildung 2: Karte des bestehenden Trinkwasserverteilungsnetzes für den Föderalen Bezirk einschließlich der existierenden Trinkwassertalsperren (Santa-Maria-Reservoir und Descoberto) sowie des Paranoá-Sees (Quelle CAESB; www.caesb.df.gov.br)

Der DF ist durch eine hohe Bevölkerungsdichte sowie ein hohes Bevölkerungswachstum charakterisiert. Aufgrund der schnell wachsenden Bevölkerung ist eine steigende Trinkwassernachfrage zu verzeichnen. Zusätzliche Dynamik entsteht durch eine parallel verlaufende, positive Einkommensentwicklung und einen damit einhergehenden wachsenden Lebensstandard welcher zu einer Erhöhung des Pro-Kopf-Wasserverbrauches führt.

Berechnungen des lokalen Wasserversorgers CAESB (Companhia de Saneamento do Distrito Federal, Firma für die Wasserver- und Entsorgung des Föderalen Bezirks) zeigen, dass in den nächsten Jahren die derzeitigen Kapazitäten sowohl des Verteilungsnetzes als auch der Rohwasserquellen an ihre Grenzen stoßen werden. Unter den zur Verfügung stehenden Optionen zur Deckung des steigenden Wasserbedarfs wurde der Paranoá-See als zukünftige Trinkwassertalsperre von der Politik ausgewählt. Dieser künstlich angelegte See wurde zusammen mit der Erbauung Brasilias (1960) errichtet und befindet sich heute mitten im Stadtgebiet. Die ursprüngliche Planung sah die Nutzung für Freizeitaktivitäten (Segeln, Fischen, Baden) vor. Zusätzlich wird er zur Energieerzeugung sowie als Vorfluter für die beiden größten Kläranlagen des DF genutzt. Neben den direkten Einträgen durch Kläranlagenablauf können Stoffeinträge aus Regenwasserüberläufen sowie kleinbäuerlicher Landwirtschaft ebenfalls einen Einfluss auf die Wasserqualität des Paranoá-Sees haben.

Abbildung 3: Die Wasserqualität und deren Wechselbeziehungen; diese Einflussgrößen werden ebenfalls in eigenen Arbeitspaketen im Projekt IWAS Brasilien untersucht

Ziele

• Charakterisierung der Wasserqualität in den bestehenden Trinkwassertalsperren und dem Paranoá-See bezüglich organischer Spurenstoffe wie z.B. Arzneimittel, Körperpflegeprodukte, Pestizide und hormonell aktiver Substanzen mit speziellem Fokus auf den Paranoá
• Analyse der vorhandenen Daten zur Wasserqualität (z.B. Limnologische Messreihen der CAESB für den Paranoá)
• Screeninganalysen sowie gezielte Wasseranalysen; Definition von Schlüsselverbindungen
• Empfehlungen für die Optimierung des Monitoring-Systems einschließlich der Online-Überwachung
• Hilfe bei der Umsetzung der Überwachung der Wasserqualität auf organische Spurenstoffe
• Ableitung von Anforderungen für eine sichere Trinkwasserversorgung
• Empfehlungen zur Auswahl einer Trinkwasseraufbereitungstechnologie für das zukünftige Wasserwerk am Paranoá

Methoden / Daten

Basierend auf der Auswertung von Daten der CAESB zur Wasserqualität des Paranoá, wurde zusammen mit den brasilianischen Partnern eine Probenahmestrategie für die Beprobung und Analyse auf organische Spurenstoffe entwickelt.

Abbildung 4: Karte des Paranoá-Sees mit eingezeichneten Probenahmestellen; Linkerhand deutlich sichtbar das gebogene Kreuz des „Plano Piloto“, der eigentlichen Kernstadt Brasilia

Der Probenahmeplan sieht Probenahmen zu Beginn der Regenzeit, während der Regenzeit und während der Trockenzeit vor. Für die Analyse werden moderne Analysenmethoden wie die GC-MS bzw. LC-MS/MS im Zusammenhang mit Festphasenextraktion (SPE) bzw. Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) angewandt. Die Beprobung schließt ebenfalls die beiden größten Kläranlagen des Föderalen Bezirks am Ufer des Paranoá mit ein. Diese werden als Hauptquellen der anthropogenen Belastung des Paranoá vermutet.

Zu Beginn der Untersuchungen steht eine umfassende Überprüfung des Paranoá auf eine breite Palette organischer Spurenstoffe sowie der Messung verschiedener Parameter zur vergleichenden Bestimmung der Wassergüte.

Abbildung 5: Konzentrationsverlauf für ausgewählte Stoffklassen im Paranoá-See am Beispiel des Riacho-Fundo-Seitenarms; deutlich sichtbar ist die Zunahme der Stoffkonzentrationen sowie der Anzahl qualitativ nachweisbarer Stoffe innerhalb der Trockenzeit (Mai bis September)

Die ersten Untersuchungen zeigen, dass die Konzentrationen von organischen Spurenstoffen im Paranoá-See auf einem relativ niedrigen Niveau liegen, und vergleichbar zu Gewässern in Deutschland sind bzw. sogar darunter liegen. Sichtbar ist für die meisten untersuchten Substanzen ein Konzentrationsanstieg während der Trockenzeit (Mai-September) aufgrund der geringeren Verdünnung durch Zuflüsse.

Abbildung 6: Aufnahme einer Wasserprobe unter dem Fluoreszenzmikroskop; sichtbar sind nur Cyanobakterien. Diese können trinkwasserrelevante Geruchsstoffe als auch Toxine produzieren.

Untersuchungen zum Vorkommen von Cyanobakterien (Blaualgen) zeigen das ubiquitäre Vorkommen verschiedener Arten im Paranoá-See.

Mit den Ergebnissen der Untersuchungen werden maßgeschneiderte analytische Methoden zur Bestimmung der relevanten organischen Spurenstoffe im Paranoá erarbeitet. In einem zweiten Schritt werden diese Methoden in den Laboren der brasilianischen Partner implementiert, um eine eigenständige Messung dieser Schlüsselverbindungen vor Ort zu ermöglichen.

Beteiligte Arbeitsgruppen

• Prof. E. Worch, Technische Universität Dresden (TUD), Institut für Wasserchemie
• Dr. G. Abbt-Braun, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Lehrstuhl für Wasserchemie
• Prof. C. Brandão, Universität Brasilia (UNB), Department Bauingenieurwesen
• C. Pinke /C. Cavalcanti, Companhia de Saneamento do Distrito Federal (CAESB)