Pathogene Mikroorganismen im Grund- und Trinkwasser

Trinkwasser ist ein Naturprodukt und wird aus Poren-, Kluft- oder Karstgrundwasserleitern, Oberflächengewässern oder aus Uferfiltrat gewonnen. In all diesen Wässern kommen natürlicherweise Mikroorganismen vor. Kritisch wird es dann, wenn pathogene Keime ins Trinkwasser gelangen oder wenn sie in grosser Anzahl im Rohwasser (Wasser vor der Aufbereitung zu Trinkwasser) auftreten. Die mikrobiologische Belastung von Grundwasser in Flussnähe oder von Karstquellen kann grossen zeitlichen Schwankungen unterliegen, da der Transport der Mikroorganismen in diesen Systemen von Hochwässern und Niederschlagsereignissen beeinflusst ist. Für die Wasserversorgungen stellen die mikrobiologischen Qualitätsschwankungen in der Rohwasserqualität deshalb eines der Hauptprobleme dar.

Wasserbedingte Infektionen durch hygienisch nicht einwandfreies Trinkwasser haben weltweit eine grosse Bedeutung; sie verursachen jährlich rund eine Milliarde Erkrankungen und drei Millionen Tote (Ford, 1999). Die Erkrankungen treten vor allem bei schlechter Sanitärhygiene auf. In Europa ist die Inzidenz der wasserbedingten Erkrankungen seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts drastisch zurückgegangen, namentlich als Folge der Trinkwasseraufbereitung und -desinfektion, der verbesserten Sanitärhygiene (Abwasserentsorgung), der Einführung von Massnahmen zum Schutz der Trinkwasserressourcen und der Wasserversorgungsinfrastruktur. Die mikrobiologische Trinkwasserqualität ist jedoch heute wieder vermehrt gefährdet durch: 1) zu hohe Tierdichten auf Landwirtschaftsbetrieben, 2) grössere Mengen an flüssigem Hofdünger aufgrund der Umstellung landwirtschaftlicher Betriebe auf Schwemmentmistung, 3) Einsatz von Hofdüngern in der Nähe von Trinkwasserfassungen mit zu klein dimensionierten oder falsch ausgeschiedenen Schutzzonen, 4) veränderte Siedlungsstrukturen und zunehmende Nutzungskonflikte in dicht besiedelten Gebieten, 5) teilweise nicht den Risiken angepasste oder veraltete Trinkwasseraufbereitung und 6) vermehrtes Auftreten pathogener Keime, die eine hohe Infektiosität aufweisen können.

Das Auftreten von Mikroorganismen im Grund- und Trinkwasser wird von den Wasserversorgern vermehrt als Problem erkannt. Die Herkunft und der Transport der Mikroorganismen unter den lokalen Gegebenheiten ist in vielen Fällen unbekannt. Weltweit gibt es jedoch mehrere in Forschungsprojekten durchgeführte Feldversuche zum Transport von Mikroorganismen im Grundwasser. Ein zur Zeit in der Fachliteratur häufig zitierter Feldversuch wurde in Virginia (USA) durchgeführt (Oyster-site, Zhang et al., 2001). Aber auch in der Schweiz sind ähnliche Feldversuche durchgeführt worden: Wilerwald im Emmental (Niehren et al., 1998), Röschenz im Laufental (Auckenthaler et al., 2002; Raso, 2001), Wiese bei Basel (Huggenberger, 2001). Ziel dieser Versuche war das Studium des Transportverhaltens von Mikroorganismen in Abhängigkeit der hydrogeologischen und hydrogeochemischen Inhomogenitäten des Untergrundes. Dabei zeigte sich, dass beim Transport von Mikroorganismen im Grundwasser die Grenzen der Beschreibbarkeit komplexer Systeme und Prozesse erreicht werden. Die Praxis muss sich deshalb darauf konzentrieren, Grössenordnungen möglicher Gefährdungen zu ermitteln. Die Resultate vieler Versuche zeigen, dass kleine Partikel im Feldversuch im allgemeinen weiter transportiert werden, als aufgrund von Laborexperimenten bisher angenommen wurde (Tabelle 4.1)

In der Hydrogeologie werden Tracer, auch Markier- oder Färbstoff genannt, zur Erkundung von ober- und unterirdischen Wasserwegen zwischen einer Eingabestelle und einer oder mehreren hydrologisch tiefer liegenden Austrittsstellen eingesetzt. Tracer bestehen aus Partikeln oder Substanzen (biologisch oder chemisch) die mit dem Wasser mittransportiert werden können.

Die Trinkwasserversorgungen in der Schweiz decken ihren Bedarf zu 39% aus Quellwasser, zu 43% aus gepumptem Grundwasser und zu 18% aus Seewasser (Michel und Schweizer, 1998). Etwa 38% des gefassten Quell- und Grundwassers erfüllen die gesetzlichen Anforderungen an Trinkwasser und bedürfen keiner Aufbereitung. Die übrigen 62% müssen in mehr oder weniger aufwändigen Aufbereitungsschritten vor dem Konsum behandelt werden. Im Vordergrund steht dabei die Inaktivierung und die Eliminierung von Mikroorganismen. In Deutschland stammt das Trinkwasser der öffentlichen Wasserversorgungen zu 65% aus Grundwasser, zu 26% aus Oberflächenwasser, einschliesslich angereichertes und uferfiltriertes Grundwasser und zu 9% aus Quellwasser (Anonym, 2002). Insbesondere bei den genutzten Oberflächenwässern und dem Quellwasser können mikrobiologische Belastungen des Rohwassers ein Problem darstellen.

Eine Vielzahl der Trinkwasserfassungen stammt noch aus einer Zeit, lange bevor die heute gültigen gesetzlichen Bestimmungen und technischen Normen in Kraft gesetzt worden sind. Der Ausbaustand vieler Wasserversorgungen entspricht deshalb, auch wenn seit ihrem Bau gewisse Erneuerungen vorgenommen wurden, dem Standard der 50er und 60er Jahre. Damals standen jedoch wesentlich weniger Hilfsmittel zur Beurteilung der Grundwasserqualität und der Dynamik der komplexen hydrogeologischen und hydraulischen Verhältnisse zur Verfügung. Zudem konzentrierten sich viele hydrogeologische Abklärungen auf die Brunnenergiebigkeiten. Die Entwicklung des Grundwasserschutzes erfolgte mit zeitlicher Verzögerung zu den neusten Erkenntnissen über Grundwasservulnerabilität und -gefährdung.

Im Grundwasser kommen natürlicherweise viele verschiedene Mikroorganismen vor, von denen die meisten für den Menschen harmlos sind. Daneben gibt es jedoch einige seit langem bekannte pathogene Keime sowie „emerging pathogens“ (neu entdeckte wasserübertragbare Pathogene), die in der Schweiz und in Deutschland verschiedentlich im Grundwasser und teilweise sogar im Trinkwasser nachgewiesen werden konnten. Die Bedeutung dieser Befunde ist zur Zeit noch unklar, da einerseits die Daten über das Ausmass der mikrobiologischen Belastung (Zusammensetzung der Mikroorganismenpopulation, Konzentrationsmaxima, zeitliches Auftreten) nicht vorhanden sind und andererseits Erkrankungen nicht systematisch erfasst werden können, unter anderem wegen fehlender oder erst im Aufbau begriffener Meldesysteme für viele der pathogenen wasserübertragbaren Keime. Zudem war bisher der Nachweis von pathogenen Krankheitserregern — allen voran Viren — analytisch sehr aufwändig oder nahezu unmöglich. In den kommenden Jahren sind auf dem Gebiet der mikrobiologischen Analytik jedoch erhebliche Fortschritte zu erwarten. Bereits heute wird die PCR-Methode (Polimerase Chain Reaction) teilweise routinemässig angewandt und es sind weitere analytische Vereinfachungen und Präzisierungen im Nachweis zu erwarten. Der Vorteil der neuen Methoden ist es, dass man sich nicht mehr nur auf das System der Indikatorkeime stützen muss, sondern in kurzer Zeit effektiv die gesuchten pathogenen Keime analysieren kann. Die Gefährdung durch wasserübertragbare Erkrankungen wird dadurch wesentlich besser beurteilbar.