Ein­trä­ge aus vie­len We­gen

Die Dünnern ist ein 37 km langer Zufluss zur Aare mit Einmündung in Olten. Die Quelle liegt südwestlich hinter dem Solothurner Hausberg Weissenstein. Danach passiert das mittelgrosse Fliessgewässer eine ländlich geprägte Umgebung und mehrere kleine Dörfer.

Bereits auf den ersten Fliesskilometern gelangt gereinigtes Auslaufwasser der ARA Welschenrohr in die Dünnern; kurz nach der Ostschlaufe quer durch die Klus bei Bals­thal leitet die ARA Falkenstein ihre behandelten Wassermengen ein. Danach nimmt die Dünnern rund ­um ­Oensingen weitere Entwässerungssysteme auf, da­r­unter das Meteorwasser der benachbarten Auto­bahn sowie die belasteten Frachten aus den Trenn­kanälen angrenzender Gewerbe- und Logistikareale.

Vom ­Ur­sprung bis hierhin steigt der mittlere, natürliche Abfluss der Dünnern von 1 m³/s auf etwa 5 m³/s. Das hydrologische Einzugsgebiet umfasst insgesamt rund 200 km². Phosphat, Nitrat, Nitrit und Ammoniak haben in der Vergangenheit an vielen Orten zur Überdüngung der Gewässer beigetragen. Die Frachten dieser Nährstoffe sind in den letzten Jahren aber auf ein unproblema­­ti­sches Niveau gesunken. Trotzdem ist der Zustand der Dünnern im ländlichen Oberlauf als problematisch zu bezeichen.

Die kantonale Umweltbehörde misst ­regelmässig zu hohe Konzentrationen von organischen Substanzen, insbesondere Pestizide, Biozide und weitere Mikroverunreinigungen. Mit dem Sam­melbegriff Mikroverunreinigungen (MV) sind in der Schweiz rund 30 000 synthetische, organische Substanzen gemeint, darunter Arzneimittel und -reststoffe, Reinigungsmittel sowie Schutzstoffe an Gebäuden und in Baumateria­lien.

Öko- und humantoxikologische Analysen belegen, dass Mikroverunreinigungen schädlich für Wasser­lebewesen sind. Seit 2016 hat das Bundesgesetz über den Schutz der Gewässer den zuvor pauschalen Vorsorgewert für organische Pestizide von 100 ng/l durch Grenzwerte für zwölf MV-Leitsubstanzen ersetzt. Die neuen Qualitätsnormen sind zudem erfüllt, wenn die ober- und unterirdischen Gewässer von mindestens 50  % der eingetragenen MV-Frachten befreit sind.

Die hohen MV-Gehalte im Dünnernwasser gefährden aber nicht nur das unmittelbare Ökosystem, sondern sie breiten sich auch in andere Umweltmilieus aus¹: Hydrologisch ist der solothurnische Aarezufluss mit wichtigen Karstquellen im Jura verbunden. Geochemische Untersuchungen zeigen, dass über 30  % des dortigen Grundwassers aus der Dünnern infiltriert. Auch das Trinkwasser in der Region Olten speist sich aus diesem Reservoir. 

Geringer Verdünnungseffekt

Das Besondere an der Dünnern ist das Zusammentreffen mehrerer ungünstiger Umstände, die sich zu einer realen Umweltgefährdung entwickelt haben: Zum einen gelangt verhältnismässig viel Abwasser in die Dünnern, zum anderen führt das Fliessgewässer selbst eher wenig Wasser. Der Verdünnungseffekt auf die eingetra­genen Schadstofffrachten ist daher zu gering.

Weil die Mikroverunreinigungen stabil genug sind und sich bis ins Grundwasser ausbreiten, sind sie auch dort in relevanten Konzentrationen nachweisbar. Die Wasseranalytik weist inzwischen gelöste, organische Substanzen in Mikro- und Nanokonzentrationen nach.

Insofern hat die Umweltbehörde des Kantons Solothurn die Dünnern als sensibles Gewässer für die Trinkwasserversorgung eingestuft; eine Reduktion oder Elimination der MV-­Frachten ist zwingend anzustreben. Das Amt für Umwelt (AfU) hat die Eintragswege und -mengen bereits eingehend analysiert. Grundsätzlich ist bekannt, dass die Belastung der Dünnern auf zwei Arten verursacht wird: Die Nährstoff- und MV-Frachten stammen sowohl aus dem behandelten Abwasser als auch aus Entwässerungskanälen, die Meteorwasser sammeln, es aber keiner Behandlung zu­führen.

Doch nur MV-Substanzen wie Medikamente oder Kosmetikrückstände, die beispielsweise nach der privaten, gewerblichen oder medizinischen Anwendung jeweils in das Abwassersystem gelangen, fliessen durch eine ARA, wobei sich diese Spurenstoffe mit einer zusätzlichen Reinigungsstufe fast vollständig eliminieren ­lassen (vgl. «Diffuse Gefahr für die Wasserressourcen»).

Über das Abwasser wird allerdings nur eine Minderheit der gesamten MV-Frachten in die Dünnern eingetragen. Eine von der Eawag erstellte Studie erbrachte den Lokalbefund, dass sogar 80 % der organischen Spurenstoffe diffus, aus dem Kulturland (Pflanzenschutzmittel, Biozide) und aus Siedlungsflächen (Biozide, Metalle; vgl. «Jedes Haus hinterlässt Spuren»), eingetragen werden.

Eine bedeutende Quelle für die MV-Belastung in Gewässern ist daher die Siedlungsentwässerung. Werden Schadstoffe, Pestizide und ­Konsorten über die Mischwasserentlastung und Re­-gen­wassereinleitung weiter verfrachtet oder wäscht Re­genwasser die Stoffe selbst in kleinen Mengen aus Verkehrs-, Siedlungs- oder Grün­flächen aus, lässt sich die MV-Ausbreitung kaum oder gar nicht kontrollieren.

Und da sämtliche ARAs eine begrenzte Reservekapa­zität besitzen, kommt eine Reinigung der Regenwasser­einläufe nur bedingt in Betracht. Erschwerend für die ­Planung von Reduktionsmassnahmen ist zudem, dass sich die diffusen, chronischen MV-Einträge aus der Strassenentwässerung und den landwirtschaftlichen Nutzflächen in einer kleinräumigen, ein einzelnes Fliessgewässer betreffenden Untersuchung kaum erheben oder in Modellen verifizieren lassen. 

Befund: integrale Entwässerungsanalyse

Dennoch zeigte die Eawag-Studie auf, wie der Belastungszustand der Dünnern verbessert werden kann: Um die MV-Frachten zu reduzieren und die Infiltration ins Grundwasser zu unterbinden, genügen grundsätzlich Interventionen in das Schmutzwassersystem.

Das Amt für Umwelt vertiefte die integrale Analyse der räumlichen Entwässerungssituation (vgl. Kasten unten: «Abwägung für viele kleine Flüsse») und modellierte die Eintragsfrachten für den Oberlauf der Dünnern. Zur Debatte stand ein Spektrum an ­Massnahmen, die sich entweder auf die Abwasserreinigung oder die Siedlungsentwässerung beschränken.

Die Modellszenarien beurteilten schliesslich jenes Verbesserungspaket am wirkungsvollsten, das Anpas­sungen an beiden Systemen vorsieht: Die Abwasserreinigung muss mit einer Eliminationsstufe auf­­ge­rüstet werden. Und die Siedlungsentwässerung ist zumindest hydraulisch anzupassen, sodass das Rückhaltevolumen vergrössert wird.

Die ersten Entscheide für die Umsetzung der Massnahmen sind seit letztem Jahr gefällt: Die Anrainergemeinden und die Abwasserreinigungs-Zweckverbände haben in Absprache mit dem AfU beschlossen, die ARA Welschenrohr aufzuheben.

Weil die Kleinanlage weitere Mängel bei der Nitri­fikation besass, wäre der Ausbau zu kostspielig ­geworden. Stattdessen werden nun die lokalen Abwassersysteme entlang des Dünnern-Oberlaufs fusioniert. Die bestehende kleine ARA Welschenrohr wird aufgehoben und in ein Ausgleichsbecken umgewandelt, um das Abflussregime im neuen ARA-Verbund zu regulieren. Im Gegenzug wird die ARA Falkenstein/Oensingen für die MV-Elimination ausgebaut.

Als Verfahren für die vierte Reinigungsstufe werden Aktivkohle oder Ozonierung geprüft. Eine Simu­lation für den ARA-Zusammenschluss hat gezeigt, dass der erhoffte Reduktionseffekt erreicht wird: Die MV-Frachten im behandelten ARA-Abfluss werden so weit reduziert, dass die Belastungswerte in der Dünnern teilweise um den Faktor 3 unterschritten werden können. 

Noch zu leisten ist eine Analyse für die Siedlungs­entwässerung : Im Rahmen der Gesamtentwässerungsplanung (GEP) muss geklärt werden, ob die ­Mischwasserbehandlung im erweiterten ARA-Gebiet auszubauen ist respektive wie die hydraulischen Verhältnisse in den bestehenden Sammelleitungen anzupassen sind.

Weil das Trennsystem bislang über keine eigene Behandlungsanlage verfügt, sind allenfalls die Rückhaltekapazitäten in der regionalen Verbundanlage Falkenstein zu optimieren. Eine Erhöhung des Speichervolumens um rund einen Viertel genügt, damit die MV-Reinigungsstufe selbst bei starkem Regen und steigendem Meteorwasserzufluss nicht überlastet ist. 

Die Modellierung des Siedlungsentwässerungssystems und der spezifischen MV-Stofffrachten weisen dennoch auf eine gewisse Wirkungsbegrenzung hin. Aufgefallen ist zum Beispiel, dass nicht alle eingetragenen Substanzen gleich stark reduziert werden können. Vor allem die «regengetriebenen» Biozide aus diffusen Quellen breiten sich weiterhin ungefasst über die Misch­wasser­ent­lastungen aus. Und weil das Abflussregime der Dünnern schwach ist, dürften einzelne, schlecht abbaubare MV-Substanzen die vom Gesetz erlaubten Schwellenwerte auch in Zukunft überschreiten.

Allerdings strebt der Kanton Solothurn auch im Unterlauf der Dünnern eine Verbesserung der MV-Situa­tion an. Die integrale Analyse für das Entwässerungsgebiet rund um die ARA Gunzgen, etwa 10 km unterhalb der ARA Falkenstein, läuft bereits.

Anmerkung

1 «Mikroverunreinigungsemissionen», P. Staufer ­und S. Zehnder; Aqua & Gas 1/2016.

Wie werden Siedlungs­flächen entwässert?

Etwa zwei Drittel der Siedlungsentwässerung in der Schweiz erfolgt im Mischsystem, sodass wesentliche Anteile des Schmutz- und Regenwassers gemeinsam in eine Abwasserreinigungsanlage fliessen. Allerdings kann belastetes Meteorwasser, das von bebauten Grundstücken stammt, bei starkem Regen über eine Entlastungsleitung an der ARA vorbeigeführt werden.

Ein Drittel der Grundstücksentwässerung ist dagegen im Trennsystem ausgestaltet, wobei ein grosser Teil des unbelasteten Regen- und Meteorwassers in separaten Trennkanälen einem Gewässer zugeleitet werden darf. ­Allenfalls belastetes Regenwasser kann parallel dazu in eine Abwasserreinigungsanlage geführt werden.

Für beide Systemvarianten gilt jedoch: Nicht verschmutztes Dachwasser oder anderes Fremdwasser soll vor Ort versickern und von der ARA ferngehalten werden, weil eine Reinigung oft unnötig ist und der ARA-Durchlauf Kosten verursacht. In einem Generellen Entwässerungsplan (GEP) legen Gemeinden fest, wie die Siedlungs- und Grundstücksentwässerung zu organisieren ist.

Integrale Modellierung

Die MV-Jahresfrachten sind für grosse Gebiete und über längere Zeitperioden relativ genau abschätzbar. Ebenso sind Durchschnittswerte für die Schweiz aus repräsentativen Analysen bekannt.

Für eine ökotoxikologische Bewertung der Einträge in kleinen Untersuchungsräumen sind die Eintrags­varianten der mikroverunreinigenden Substanzen jedoch modellhaft zu spezifizieren: Zeitlich hängt eine Belastung häufig von der Regenintensität ab, weil etwa Schwermetalle und Unkrautvertilger frei ausgewaschen werden.

Dem­gegenüber sammeln sich MV-Frachten nicht nur im ­häuslichen Abwasser an, sondern auch in den Siedlungsentwässerungssystemen. Um das Verschmutzungspotenzial abzuschätzen, sind daher räumlich und zeitlich integrale ­Immissions­modelle zu entwerfen.

Eine solche Simulation kombiniert die Gewässerhydrologie mit den Abflussverhältnissen in den Kanalnetzen eines Entwässerungsverbunds und ergänzt sie um den Witterungseinfluss wie Regenintensität und Trockenwetterabfluss.

Die integrale Entwässerungsanalyse für die Dünnern ist auf das obere Einzugsgebiet zwischen Welschenrohr und Gunzgen durchgeführt worden; die Modellierung des Unterlaufs wird zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt.

Die MV-Belastung wird für zwei Quantitätsstufen modelliert: die chronischen Konzentrationen und ein akuter Zustand mit kurzzeitigen Spitzenwerten. Die Gewässerschutzverordnung schreibt zwar nur einen dauerhaften Kontrollwert pro Substanz vor. Aber dieser ist unabhängig der Wasserführung auch bei minimaler Restwassermenge einzuhalten.

«Abwägung für viele kleine Flüsse»

TEC21: Herr Staufer, das Gewässerschutzgesetz verlangt, dass die Abwasser­reinigung 80 % der Mikroverunreinigungen respektive die organischen Spurenstoffe eliminiert. ­Ist diese Vorgabe überhaupt realistisch?

Philipp Staufer: Das allgemeine Ziel lautet, die Belastung der Schweizer Gewässer mit dem Cocktail an Mikroverunreinigungen (MV) um 50 % zu reduzieren. Bezogen auf die Einträge durch die Abwassereinlei­tungen heisst das, mindestens 80 % ­dieser Frachten in einer ARA zu eli­mi­-
nieren. Dafür müssen etwa 100 Gross­anlagen in der Schweiz mit einer zusätzli­chen Verfahrenstufe ausgerüstet werden. Die Vorgaben sind aber erreichbar; bessere Reinigungseffekte wären dagegen mit höherem Energieeinsatz ­in der ARA verbunden. ­Die Eliminationsverfahren, entweder mit Ozon oder mit Pulveraktivkohle, sind nicht neu. Wir wissen, dass ­sie wirken; entsprechende Erfahrungen liegen bereits ­vor (vgl. «Diffuse Gefahr für die Wasserressourcen»). ­Die vierte Reinigungsstufe gilt daher als zentrale Massnahme für die Reduktion der MV-Belastung. Zusätzliches Op­timie­rungs-potenzial liegt meiner Meinung nach in der integralen Betrachtung der Entwässerungs­systeme.
 

Wie sind die wirksamen ­Mass­nahmen zu planen?

Als kantonale Behörde beab­sichtigen wir die Belastung ­der Gewässer mit effektiven und effizienten Mitteln zu reduzieren. Dazu braucht es nicht eine einzige, sondern viele kleine Massnahmen. Die Eintragspfade und -mengen der Mikroverunreinigungen sind zwar eindeutige Indizien; doch zusätzlich interessieren auch die Verdünnungseffekte im Gewässer. Denn die Verdünnung sowie die räumliche Verteilung der Einträge führen dazu, dass sich die MV-Gehalte im Wasser im Nanogrammbereich ­pro Liter bewegen. Solche Grössen lassen sich zwar problemlos messen. Mit derart geringen Mengen zu rechnen und verlässliche Simulationen durchzuführen wird jedoch aufwendig und unsicher. Bei Substanzen, die vor allem mit dem Regenwasser eingetragen werden, stossen wir daher schnell an technische Grenzen. Auch wirtschaftlich ist nicht alles möglich, ­um die Belastung zu reduzieren. Die Entwässerungssysteme mit grösseren Speichern zu versehen wäre wirksam, aber sehr teuer.
 

Wie lassen sich die Massnahmen ­auf den Abwasserreinigungsanlagen ­am besten mit Massnahmen in den Entwässerungssystemen verbinden?

Es braucht beide, weil sie ­sich räumlich und funktional gut ergänzen. ARAs leiten ihre gereinigten Abwässer mehrheitlich in ein grosses ­Gewässer ein. Wenn diese nun mit einer zusätz­lichen Reinigungsstufe ausgerüstet werden, bekommen wir einerseits diese schleichenden MV-Einträge in den Griff. Andererseits wird die MV-Belastung in kleineren Gewässern vor allem vom Regenwasserabfluss beeinflusst. Für viele kleine Bäche und Flüsse muss daher abgewogen werden, ob Massnahmen gegen den diffusen MV-Eintrag wirklich lohnenswert sind. Ich würde das etwa mit dem Prozess von Fluss­renaturierungen vergleichen, wozu die jeweils angrenzenden Nutzungen ­dem aufzuwertenden Schutzgut gegenüberzustellen sind.
 

Was heisst das konkret, etwa für ein relativ kleines Fliessgewässer wie die Dünnern?

Die Dünnern ist ein solcher Fall, bei dem das Rohwasser für die Trinkwasserversorgung bedeutend ist. Obwohl keine MV-Grenzwerte überschritten sind, muss das Vorsorgeprinzip im Gewässerschutz angewendet werden. Jetzt schon aktiv zu werden beruht auch auf früheren Erfahrungen: So hat der Gewässerschutz bei der Sanierung der Nitratbelastung  sehr lang zugewartet und dadurch bei ­der nachträglichen Behebung eine Generation und viel Geld verloren.
 

Wie lang dauert es, bis der Handlungs­bedarf für Entwässerungssysteme abgeklärt respektive die MV-Reduktion flächendeckend umgesetzt ist?

Der Um- und Ausbau der Entwässerungssysteme kann selbstverständlich nicht auf einen Schlag erfolgen. Das Trennsystem wird ­im Gesetz, vor allem in neuen Gewerbe­zonen, deutlich bevorzugt. Bei Wohnsiedlungen ist das Mischsystem die häufigere Variante. An den wenigsten Orten ist jedoch eine Mischwasser­behandlung vorgesehen. Massnahmen an der Quelle, eben in der Siedlungsentwässerung, wären am wirksamsten. Aber weder ist eine Sanierungspflicht vorgesehen noch ist wahrscheinlich, die seit den 1970er-Jahren übliche naturnahe Regenwasserbewirtschaftung im Siedlungsbestand anzupassen. Ich hoffe jedoch darauf, dass bei der Sanierung einer ARA vermehrt das Einzugsgebiet und die Entwässerungsnetze mitbetrachtet werden. Das bezweckt das Fallbeispiel Dünnern auch: Mit einfachen Mitteln konnte das grosse Reduktionspotenzial aufgezeigt werden. Die Steuerung der Abflüsse ­ist beispielsweise eine wirksame Massnahme, um das Entlastungsvolumen ohne zusätzlichen baulichen Mass­nahmen zu verringern.