Abteilung Umweltchemie

Der Rhein und seine Zuflüsse versorgen mehr als 20 Millionen Menschen mit Trinkwasser, zeitgleich enden jedoch auch die gereinigten Abwässer der 54 Millionen Menschen des gesamten Einzugsgebiets sowie unzähliger Industrieanlagen im Rhein. Kein Wunder, zählt der Strom zu den bestüberwachten Flüssen der Welt, denn Problemstoffe müssen so früh wie möglich bemerkt und identifiziert werden. Dafür wurde entlang des Flusses ein internationales Überwachungsnetz aufgebaut, welches von der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) koordiniert wird. Hauptaufgabe der Stationen ist die langfristige Trenderfassung ausgewählter Stoffe sowie die frühzeitige Erkennung und Alarmierung von Fehleinleitungen (Unfälle, Havarien). In Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) und dem Amt für Umwelt und Energie Basel-Stadt (AUE Basel-Stadt) als Betreiber der Rheinüberwachungsstation untersucht die Eawag, wie bisher nicht erfasste Stoffe mit neusten analytischen Methoden im Rhein nachgewiesen werden können.

Trendüberwachung

In einem ersten Teilprojekt wurde eine an der Eawag entwickelte Multikomponentenmethode an das Labor des AUE Basel-Stadt übertragen. Die umfangreiche Methodik zur gezielten Bestimmung von etwa 300 Schweiz-relevanten Substanzen wurde an die Verhältnisse vor Ort angepasst und im Januar 2012 für die Trendüberwachung in den täglichen Routinebetrieb übernommen. Dies gelang nur durch eine Optimierung der Probenvorbereitung und Automatisierung der Datenauswertung, wofür an der Eawag eine Softwarelösung (EnviMass) entwickelt und programmiert wurde. Die Ergebnisse aus dem Jahr 2012 wurden im Artikel 20 Jahre Rheinüberwachung [pdf] veröffentlicht. 150 der 300 Substanzen werden mindestens einmal im Jahr detektiert, etwa 80 davon regelmässig. Die langjährigen und qualitativ hochwertigen Datensätze der Tagesmischproben des Standorts Basel sind bisher einzigartig und erlauben einen detaillierten Überblick über den organischen Kontaminationszustand des Rheins.

Havarieüberwachung

Im zweiten Teilprojekt ging es um die zeitnahe Detektion und Identifizierung von Fehleinleitungen. Da es sich hier meist um unbekannte Stoffe handelt, gestaltet sich deren Überwachung besonders schwierig. Schlüssel zur Aufklärung unbekannter Verbindungen ist die hochauflösende Massenspektrometrie, mit deren Hilfe aus den gemessenen Daten die chemische Zusammensetzung unbekannter Moleküle berechnet werden kann. Lässt man die Moleküle fragmentieren, fallen zusätzlich noch Hinweise zur Struktur der Moleküle an, welche im besten Fall zur Identifizierung einer Substanz genutzt werden können. Besonders schwierig gestaltet sich bei dieser Havarieüberwachung die tägliche zeitnahe Auswertung der grossen Mengen an Messdaten, die mit den modernen Analysetechniken anfallen. Deshalb wurden an der Eawag in den letzten Jahren Methoden entwickelt und getestet, mit denen die anfallenden Messdaten mit intelligenten Auswertealgorithmen gefiltert, bewertet und aufbereitet werden können. Diese Verfahren wurden für den Routineeinsatz angepasst und kommen seit 2014 in der täglichen Rheinüberwachung in Basel zum Einsatz. Seither konnten signifikante Fehleinleitungen aufgedeckt und in der Folge durch eine enge Zusammenarbeit mit den regionalen Industriebetrieben, den Abwasserbetrieben, lokalen Behörden und dem BAFU auch unterbunden werden.

In einer Pilotstudie wurde der Kontaminationszustand des Rheins auf seiner gesamten Länge erfasst. Dabei wurden 300 bekannte Verbindungen untersucht sowie zwei verschiedene Verfahren erfolgreich eingesetzt, um unbekannte Verbindungen aufzuspüren und zu identifizieren. Die Studie ist unter folgendem link veröffentlicht.