FCKW im Untergrund

An den 30. Mai 2017 wird man sich im Amt für Wasser und Abfall des Kantons Bern (AWA) noch lange erinnern. Bei einer Kontrolle des Grundwassers im Rahmen der halbjährlichen Routineuntersuchung des kantonalen Monitorings zeigten sich an der Trinkwasserfassung Fraubrunnenwald im Unteren Emmental zwei unerwartete und intensive Signale. Die Substanzen liessen sich schnell als Trichlorfluormethan (Freon-11) und Trichlortrifluorethan (Freon-113) identifizieren. Sofort war anhand der ermittelten Konzentrationen von 6 Mikrogramm pro Liter (µg/l) für Freon-11 und 18 µg/l für Freon-113 klar, dass es sich um eine schwerwiegende Verschmutzung handeln musste.

Sofortmassnahmen

Das AWA reagierte umgehend mit der Bildung eines Krisenstabs, an dem ausser den Grundwasser-Fachleuten auch das Gewässer- und Bodenschutzlabor (GBL) und der Schadendienst des AWA sowie das Kantonale Trink- und Badewasserinspektorat als Aufsicht der Wasserversorgung beteiligt waren (Fig. 1). Die Koordination wurde dem Leiter der Abteilung Betriebe und Abfall im AWA zugeteilt. Besonderen Wert legte das AWA von Anfang an auf eine rasche und umfassende Kommunikation. Die Wasserversorger und Gemeinden im potenziell betroffenen Gebiet sowie der im Abstrom liegende Kanton Solothurn wurden schnellstmöglich informiert, auch wurde die Öffentlichkeit via Medien über die Situation orientiert.

Als Sofortmassnahme untersagte der Kanton Bern dem Betreiber der Trinkwasserfassung Fraubrunnenwald, der Emmental Trinkwasser, die Nutzung dieser Grundwasserfassung. Zwar gelten Freone als für Menschen unbedenklich, doch begrenzt die Trink- und Badewasserverordnung des Bundes (TBDV, SR 817.022.11) die Maximalkonzentration von flüchtigen Halogenkohlenwasserstoffen im Trinkwasser auf 10 µg/l (Summenparameter FCKW). Emmental Trinkwasser versorgt etwa 32 000 Menschen in der Region überwiegend mit Quell- und Grundwasser aus Rüderswil (> 90%). Im Sommer jedoch ist die Versorgung hauptsächlich auf Grundwasser aus der Fassung Fraubrunnenwald angewiesen, um den saisonal erhöhten Bedarf abzudecken. Im Unteren Emmental gibt es zudem zahlreiche Selbstversorger, die nicht an die öffentliche Trinkwasserversorgung angeschlossen sind, und nahe der Kantonsgrenze befinden sich weitere Trinkwasserfassungen.

Um sich einen Überblick über die Belastung zu verschaffen und eine Gefährdungsabschätzung vornehmen zu können, veranlasste das AWA eine intensive Untersuchung des regionalen Grundwassers. Es stellten sich die Fragen: Waren weitere Trinkwasserfassungen betroffen? Woher stammten die Chemikalien? Wie ist deren Stoffverhalten? Wie lange würde die Belastung anhalten? Die Strömungsverhältnisse im Grundwasserleiter des Unteren Emmentals waren glücklicherweise aus dem hydrogeologischen Grundlagenbericht des Wasser- und Energiewirtschaftsamts des Kantons Bern (WEA) [4] und dem kürzlich erstellten numerischen Grundwassermodell Emmental des AWA und dem Centre d’hydrogéologie et de géothermie (CHYN) der Universität Neuchâtel [5] gut bekannt. Diese Grundlagen ermöglichten eine rasche Prognose der Ausbreitung der Schadstoffe im Untergrund und erleichterten die Auswahl von geeigneten Grundwassermessstellen (Fig. 2).

Untersuchungsprogramm

– Sofortige Nachmessung in der Fassung Fraubrunnenwald nach Erstbefund

– Auswahl von Grundwassermessstellen und privaten Trinkwasserfassungen basierend auf eine Ausbreitungsprognose mit dem kantonalen Grundwassermodell (Fig. 2)

– Probenahmen im Grundwasser in mehreren Kampagnen (in Zusammenarbeit mit Werner+Partner AG), Analyse im eigenen Gewässer- und Bodenschutzlabor, insgesamt 175 Proben

– Archivrecherche möglicher Ursachen: Schadendienst AWA, Industrie- und Gewerbekataster, belastete Standorte, Wärmepumpen, hydrogeologisches Archiv AWA, Bauverwaltung Burgdorf, Feuerwehr, lokale Geologiebüros etc.

– Kontrolle zahlreicher Industrie- und Gewerbebetriebe vor Ort

– Zwei Stichtagsmessungen des Grundwasserspiegels für die Erstellung eines lokalen Isohypsenplans

– Umfangreiche Porenluftuntersuchungen, über 100 Proben (UmweltMess GmbH) zur Ermittlung des Schadensherdes (Fig. 3)

– Leitungsaufnahmen mit Kanalfernsehen im vermuteten Bereich des Schadensherdes

– Zwei Sondierbohrungen (Analyse von Feststoff- und Grundwasserproben, Kleinpumpversuch)

Ausmass der Verschmutzung

Die Untersuchungen von Juni und Juli 2017 zeigten, dass die Schadstofffront die Fassung Fraubrunnenwald bereits passiert hatte und sich auf die nördliche Kantonsgrenze zubewegte (Fig. 4). Stromaufwärts liessen sich die Freone bis nach Burgdorf verfolgen. Die Probenahmekampagnen in den darauffolgenden Monaten zeigten, dass die Konzentrationen im betroffenen Gebiet kontinuierlich abnahmen.

Aus dem Konzentrationsverlauf in zwei intensiv beprobten Messstellen konnte eine Fliessgeschwindigkeit des Grundwassers von ca. 20 m pro Tag ermittelt werden. Der Zeitpunkt des Freon-Eintrags konnte damit auf Frühjahr oder Frühsommer 2016 berechnet werden, etwa ein Jahr vor der Entdeckung.

Anhand des kantonalen Grundwassermodells konnte basierend auf den gemessenen Konzentrationen aus der ersten Phase (Juni–Juli 2017) eine Abschätzung der insgesamt im Grundwasser vorhandenen Freon-Menge gemacht werden. Es sind mindestens 600 Kilogramm Freon ins Grundwasser eingetragen worden, wobei das Verhältnis Freon-11 zu Freon-113 ca. 1 zu 3 beträgt. Auch zeigen die Berechnungen, dass es sich um eine einmalige Freisetzung handelte, nicht um eine Leckage mit länger anhaltendem Schadstoffaustritt.

Freone sind in der aquatischen Umwelt extrem stabil. Daher lassen sie sich anhand ihrer Spuren im Grundwasser gut verfolgen und bilanzieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der gemessene Konzentrationsverlauf einer idealen Durchgangskurve eines Markier- oder Tracerversuchs gleicht. Wegen ihres niedrigen Siedepunkts und hohen Dampfdrucks können sie auch in den luftgefüllten Poren des Untergrunds nachgewiesen werden. Durch zahlreiche Analysen der Porenluft liess sich der Ort des Freoneintrags in Burgdorf eng eingrenzen, obwohl seit dem Ereignis bereits mehr als ein Jahr vergangen war. Alles weist darauf hin, dass Freon in flüssiger Form über einen Sickerschacht in den Untergrund gelangte.

Das Krisenmanagement der Wasserversorger

Das kantonale Trink- und Badewasserinspektorat veranlasste im Juni 2017 die Einstellung der Nutzung der Fassung Fraubrunnenwald. Zu diesem Zeitpunkt war ungewiss, wie lange die Fassung ausser Betrieb bleiben muss. Der anstehende Sommer verschärfte die Situation. Im Sommer kann es zu Trockenperioden kommen, was einen hohen Wasserverbrauch bei abnehmender Quellschüttung zur Folge hat. An Tagen mit einem hohen Verbrauch musste Emmental Trinkwasser das Wasser vom benachbarten Burgdorfer Wasserversorger Localnet AG beziehen. Die 1973 erstellte manuelle Verbindungsleitung zur gegenseitigen Wasserlieferung in Notsituationen erwies sich als wichtige und richtige Investition. Damit konnte ohne Unterbruch der Wasserversorgung und ohne Erstellung von Provisorien die Versorgung der Bevölkerung sichergestellt werden. Der Ausfall der Fassung hatte jedoch Folgen weit über das Versorgungsgebiet von Emmental Trinkwasser hinaus. An Tagen mit Spitzenbedarf konnte Emmental Trinkwasser kein Wasser mehr an den benachbarten Wasserverbund Grauholz (WAGRA) liefern. Dieser musste seinerseits vom Wasserverbund Region Bern AG (WVRB) das fehlende Wasser beziehen, um den eigenen Bedarf im Versorgungsgebiet abzudecken (Fig. 5). Mit abnehmendem Wasserverbrauch im Herbst und Winter sowie der Erholung der Quellschüttungen entspannte sich die Lage auf regionaler Ebene. Die Fassung Fraubrunnenwald selbst war ein Jahr ausser Betrieb.

Obwohl die an die öffentliche Trinkwasserversorgung angeschlossene Bevölkerung durch die Grundwasserverschmutzung keine direkten Folgen zu spüren bekam – keiner der Wasserversorger musste zu Wassersparmassnahmen aufrufen oder gar ein Nutzungsverbot anordnen –, machte der Ausfall der Fassung Fraubrunnenwald Schwächen der regionalen Versorgungsstruktur sichtbar.

In der Wasserversorgungsstrategie 2010 hat der Kanton Bern die Gewährleistung der Versorgungssicherheit als minimale Anforderung an Wasserversorger definiert. Für Emmental Trinkwasser ist zwar nicht der wichtigste Wasserbezugsort ausgefallen, jedoch konnte der sommerliche Spitzenbedarf nicht mehr mit eigenen Wasserressourcen abgedeckt werden. Regionale Wasserabgaben wurden zeitweise eingestellt. Weiter kamen die hydraulischen Kapazitäten der Verbindungsleitungen für einen Wasseraustausch zwischen den Wasserversorgungen an ihre Grenzen.

Direkter betroffen waren Selbstversorger, deren Privatbrunnen im mit Freon belasteten Grundwasserbereich lagen. Sie haben während ca. eines halben Jahres belastetes Grundwasser bezogen. Nach der Entdeckung der Verschmutzung wurde ihnen aus Vorsorgegründen empfohlen, das Wasser vorübergehend nicht als Trinkwasser zu verwenden (Trinken, Zubereiten von Säuglingsnahrung usw.). Das Kochen oder das Waschen von Gemüse und Obst mit diesem Wasser konnte aber als unbedenklich eingestuft werden.

Glimpflich davongekommen

Einig sind sich alle Beteiligten darüber, dass es viel schlimmer hätte kommen können. So weit bekannt, ist Freon für Mensch und Tier toxikologisch unbedenklich, denn es kann von biologischen Organismen nicht aufgenommen oder metabolisiert werden. Wäre stattdessen ein toxisches Lösungsmittel in vergleichbarer Menge ins Grundwasser geraten, hätte die Fassung Fraubrunnenwald ggf. für Jahre ausser Betrieb genommen werden müssen – und auch viele weitere private und öffentliche Fassungen im betroffenen Grundwasserleiter.

Als vorteilhaft erwies sich auch das Strömungsverhalten des Grundwassers im betroffenen Gebiet. Die Schadstofffahne blieb auf den westlichen Teil des Aquifers im Unteren Emmental beschränkt (Fig. 4). Etwa ab Höhe Fraubrunnen exfiltriert das Grundwasser zu grossen Teilen in die Oberflächengewässer (Urtene, Emme, Limpach) wie auch in zahlreiche Quellen (Fig. 2). Ein Teil der Freonfracht dürfte wegen der hohen Flüchtigkeit auch aus dem Grundwasser in die Porenluft gelangt sein und von dort in die Atmosphäre. Zudem wird der Verdünnungseffekt innerhalb des Aquifers eine Rolle gespielt haben, sodass sich die Grundwasserbelastung nach Norden hin rasch verringerte. Es ist also den hydrogeologischen Verhältnissen zu verdanken, dass die für die Trinkwasserversorgung wichtigen Fassungen im östlichen Bereich und stromabwärts im solothurnischen Wasseramt von den Freonbelastungen verschont blieben.

Schmale Schadstofffahnen mit geringer Stoffausbreitung quer zur Fliessrichtung sind durch zahlreiche Altlastenfälle mit chlorierten Kohlenwasserstoffen CKW bekannt [7]. Ebenso bestätigte sich die Modellprognose, dass sich die Belastung im Bereich von feinkörnigen Schichten aufgrund der geringeren Grundwasserströmung nur langsam auflöst. Dies konnte im Gebiet südlich des Zusammenflusses von Urtene und Emme beobachtet werden.

Unerwartet hingegen war, dass die Unterströmung der Emme bei Aefligen ohne jeglichen Einfluss auf die Freon-Konzentrationen blieb. Eine Verdünnung der Schadstoffe durch Emme-Infiltrat konnte nicht beobachtet werden. Die detaillierte Verfolgung der Schadstoffausbreitung hat wertvolle Erkenntnisse über das Verhalten des Grundwassers im Unteren Emmental erbracht und erlaubt es, das kantonale Grundwassermodell noch genauer zu kalibrieren.