VDE Köln
09.02.2019 423 0

Vom Grundwasser zum Trinkwasser

von Guido Kohl (erweiterte Fassung des Beitrags im VDE Transmitter Heft 2 / 2019)


Die Wahnbachtalsperre zwischen Siegburg und Hennef – idyllisch gelegen, aber kein Badesee für den Rhein-Sieg-Kreis. Mit Absicht: Es handelt sich um eine Trinkwassertalsperre. Was sich an technischen Anlagen rund um die Talsperre verbirgt und wie aus Grundwasser Trinkwasser wird, erfuhren die Teilnehmer einer mehrstündigen Besichtigung des VDE Stützpunktes Bonn.

 

Die Ressource Trinkwasser

Wasser – ohne Wasser gäbe es kein Leben. Auch unser Alltag wäre ohne die Ressource (Trink-)Wasser nicht mehr vorstellbar. Trinkwasser ist darüber hinaus ein wichtiges Lebensmittel – in Deutschland in ausreichendem Maße vorhanden, für jeden erreichbar und deshalb sehr streng kontrolliert.

Wie wird nun dieses Trinkwasser „hergestellt“? Dies wollten sich VDE-Mitglieder beim Wahnbachtalsperrenverband (WTV) näher erläutern lassen. Herr Gasparics, Fachgebietsleiter Wasseraufbereitung, begrüßte die Teilnehmer in der Wasseraufbereitungsanlage in Siegelsknippen und gab zunächst einen Überblick über die Entstehung des Verbandes, das Versorgungsgebiet und die Wassergewinnung und -aufbereitung, bevor es zum Rundgang durch die Anlagen und zum Schluss zur Talsperre einschließlich der Besichtigung des Dammes ging.

 

Entstehung der Talsperre

Nach dem 2. Weltkrieg – Anfang der 1950er Jahre – war die Situation der Wasserversorgung in der heutigen Region Bonn/Rhein-Sieg bedenklich. Die Stadt Bonn förderte ihr Trinkwasser damals aus zwei Schachtbrunnen des im Jahr 1875 errichteten Wasserwerkes Gronau, deren Standorte nur durch die Uferstraße vom Rheinufer getrennt waren. Das überwiegend aus dem Rhein stammende und nicht wesentlich filtrierte Wasser wurde ohne große Aufbereitung – nur nach einer Desinfektion mit Chlor – im Stadtnetz verteilt.
Die Bedingungen der Trinkwasserversorgung in den umliegenden und später nach Bonn eingemeindeten Orten musste ebenfalls dingend verbessert werden.
Auch in der Kreisstadt Siegburg entsprachen die Wasserversorgungsverhältnisse im Wesentlichen denen in Bonn. Das im städtischen Wasserwerk aus den unmittelbar an der Sieg liegenden Brunnen geförderte Wasser war durch häusliche und industrielle Abwassereinleitungen bereits im Oberlauf des Flusses, also außerhalb des Landes NRW, in seiner Eigenschaft und Qualität sehr stark beeinträchtigt. Zudem benötigten die Phrix-Werke in Siegburg große Brauchwasser-Mengen für ihre Chemiefaserproduktion.
So wurde 1953 der Wahnbachtalsperrenverband (WTV) gegründet. Sein Ziel war es, die Wasserversorgung mit dem Bau und Betrieb einer Trinkwasser-Talsperre in dem von starker Bevölkerungsentwicklung gekennzeichneten Raum der vorläufigen Bundeshauptstadt Bonn und des Umlandes durch eine zukunftsweisende Lösung nachhaltig zu sichern.
Das Wahnbachtal war bis zum Bau der Talsperre zwar nur dünn besiedelt, wurde aber von vielen weiteren Bauern aus den umliegenden Dörfern als Weidefläche genutzt. So mussten vor dem ersten Spatenstich alle Anwesen abgerissen, die Bewohner der Häuser umgesiedelt und sowohl die Bauern als auch die weiteren Grundstückseigentümer vom Wahnbachtalsperrenverband entschädigt werden. Auch die Luthersmühle, die erstmals 1645 urkundlich erwähnt wurde und Mittelpunkt des Tales war, musste den Baumaßnahmen weichen. Bereits im Juli 1956 feierte man Richtfest, und schon am 20. Dezember, zehn Monate früher als geplant, konnten die Absperrklappen im Grundablassstollen des Dammbauwerks geschlossen werden. Damit begann der Einstau der Wahnbachtalsperre.
Insgesamt vier Jahre, von 1954 bis 1958, dauerten die Bauarbeiten, bis die Talsperre in Betrieb genommen werden konnte.

 

Versorgungsgebiet

Heute umfasst das Versorgungsgebiet fast den gesamten Rhein-Sieg-Kreis, wobei in mehreren Gemeinden mit eigener Wassergewinnung nur Zusatzwasser geliefert wird. Teilweise wird auch schon über die Landesgrenze von NRW Wasser geliefert. Die Länge der Hauptversorgungsleitungen mit einem Durchmesser von 600 mm beträgt rd. 230 km, durch die ca. 800.000 Menschen mit frischem Trinkwasser versorgt werden. Herausragende Anforderungen beim Bau waren die Dükerung (unterirdische Querung) der Sieg und insbesondere des Rheins mit Leitungsdurchmessern von 800 mm. Vom Siegelsknippen mit einer Höhe von zirka 170 Meter über NN kann das Wasser in zirka 80 Prozent des Versorgungsgebietes im freien Gefälle ohne zusätzliche Pumpenförderung abgegeben werden. Für eine sichere, zuverlässige und optimierte Wasserversorgung auch in den Randgebieten mussten mit dem Leitungsausbau aber auch mehrere Pumpstationen und Hochbehälter gebaut werden.


Wassergewinnung

Die Talsperre ist als Jahrestalsperre ausgelegt, d. h. sie kann in der Regel einmal im Jahr aus dem Einzugsgebiet gefüllt werden. Als im Laufe der Jahre die Wasserabgabe über die Zulaufmenge stieg, wurden bei Sankt Augustin und im Hennefer Siegbogen weitere Grundwasserwerke mit Horizontalfilterbrunnen errichtet. Neben dem Oberflächenwasser aus der Talsperre (65 %) gewinnt so der Wahnbachtalsperrenverband Grundwasser aus dem unteren Sieggebiet (bei Sankt Augustin-Meindorf, circa 27 %) und aus den Brunnen im Hennefer Siegbogen (circa 8 %). Das nach der Aufbereitung gewonnene Trinkwasser wird als Mischwasser aller drei Quellen abgegeben.


Wasseraufbereitung


Zur Demonstration der unterschiedlichen Wässer führte uns Herr Gasparics zu den ständigen Probenahmestellen. Hier war deutlich zu sehen, dass das Grundwasser bereits klar und sauber ankommt (aufgrund der natürlichen Filtration im Boden), während das Wasser aus der Talsperre trüb ist und somit aufwändiger aufbereitet werden muss.
Das Rohwasser der Wahnbachtalsperre wird über das Pumpwerk in Seligenthal bis zu 100 Meter hoch zur Trinkwasseraufbereitungsanlage Siegelsknippen gehoben. Bei Bedarf kann im Pumpwerk Seligenthal Kaliumpermanganat in die Transportleitung zudosiert werden, um vor allem gelöstes Mangan zu oxidieren. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der Zugabe von Pulveraktivkohle, um im Bedarfsfall organische Spurenstoffe wie auch Geruchs- und Geschmacksstoffe durch Adsorption entfernen zu können. Die eigentliche Aufbereitung des Talsperrenwassers in der Anlage in Siegelsknippen umfasst die Verfahrensstufen Flockung, Filtration, Desinfektion und Restentsäuerung. Um Mikroorganismen sowie winzige Stör- und Schadstoffpartikel in den Mehrschichtfiltern abzufiltrieren und vollständig aus dem Wasser entfernen zu können, muss man sie mit Flockungsmitteln binden. Verwendet werden dazu unter anderem Eisen- oder Aluminiumsalze, die im Wasser zu unlöslichen Flocken ausfallen. Der Wahnbachtalsperrenverband setzt dafür Eisensalze ein, deren Einmischung extrem schnell verlaufen muss. Und zwar innerhalb von einer Sekunde, um mit möglichst wenig Flockungsmittel (weniger als ein Gramm pro Kubikmeter Wasser) auszukommen. Nach der Einmischung sind die Flockungsmittel zunächst an der Oberfläche der Partikel gebunden und noch keine Flocken erkennbar. Durch Rührwerke wird erreicht, dass die Partikel zusammenstoßen und aneinander haften bleiben. So entstehen die abfiltrierbaren Flocken. Bei der anschließenden Filtration sickert das Wasser von oben nach unten durch einen Zweischichtfilter (obere Schicht aus grobkörnigem Anthrazit, darunter feiner Quarzsand), und die zuvor gebildeten Flocken werden in den Hohlräumen zwischen den Filterkörnern zurückgehalten. Nach 36 Stunden wird der Filter zurückgespült, wobei die Schmutzstoffe ausgespült werden.
Die Desinfektion ist der vorletzte Schritt bei der Aufbereitung zu Trinkwasser vor der abschließenden Entsäuerung. Sie stellt sicher, dass restliche, noch vereinzelt vorhandene Mikroorganismen abgetötet werden und das Trinkwasser in einem hygienisch einwandfreien Zustand über das Verteilungsnetz beim Verbraucher ankommt. Da die Desinfektion mit Chlor zu unerwünschten und schädlichen Nebenprodukten führt, wird beim Wahnbachtalsperrenverband die Desinfektion mit Chlordioxid durchgeführt. Um auch diese Chemikalie zu vermeiden bzw. zu reduzieren, zeigte uns Herr Gasparics eine im Testbetrieb befindliche Anlage, die mit UV-Licht einer speziellen Wellenlänge das gleiche bewirken soll. Am Ende der Aufbereitung wird dem Trinkwasser reines Kalkwasser zugesetzt, um Reste von Kohlensäure zu binden. Damit wird verhindert, dass Rohrleitungswerkstoffe korrodieren, Stoffe dadurch gelöst werden und die Wasserqualität beeinträchtigt wird. Die Einmischung erfolgt in einem großen Mischer, der rund 4.200 m³/h durchsetzt. Anschließend gelangt das Reinwasser in die Versorgungsleitungen bzw. in die Hochbehälter.
Beim Grundwasser aus den Brunnen in Sankt Augustin-Meindorf und dem Hennefer Siegbogen erfolgt lediglich eine Entsäuerung über Rieselgitter und -flächen (Austreiben der Kohlensäure), Durchlaufen eines Sandfilters und Desinfektion.
Hier flocht Herr Gasparics ein, dass bei einem Pro-Kopf-Verbrauch von rd. 120 Liter am Tag nur etwa 5 Liter für Kochen, Essen, Trinken benötigt werden. Etwa 50 Liter werden für Baden, Duschen, Körperpflege und etwa 40 Liter für die Toilettenspülung verwendet. Der Rest wird zum Wäschewaschen, Geschirrspülen, für sonstige Reinigungsarbeiten, Autopflege, Gartenbewässerung etc. verbraucht.

 

Leitstand


Da die Wasserentnahme schwankt, an verschiedenen Stellen Zusatzstoffe injiziert werden, Filter zurückgespült und viele Aggregate überwacht werden müssen, war eine zentrale Leitwarte unumgänglich. Diese ist natürlich rund um die Uhr besetzt, und von hier aus werden alle Gewinnungs-, Aufbereitungs- und Verteilungsanlagen einschließlich der Grundwassergewinnungs- und Aufbereitungsanlage in Sankt Augustin-Meindorf sowie die Phosphor-Eliminierungsanlage an der Vorsperre überwacht und gesteuert. Auf eine Besonderheit wies Herr Gasparics hin: Damit beim Leitstands-Personal detaillierte Kenntnisse der örtlichen Gegebenheiten, der Anordnung der verschiedenen Anlagen etc. vorhanden sind, wird es im rollierenden Verfahren auch bei Instandhaltungsarbeiten bzw. Reparaturen mit eingesetzt.


Proben


Da Trinkwasser ein Lebensmittel ist und strengen Kontrollen unterliegt, ist eine ständige Überwachung des „Herstellungsprozesses“ notwendig. Aber bereits im Vorfeld werden geeignete Untersuchungen durchgeführt. So unternehmen Mitarbeiter der WTV-eigenen Laboratorien mindestens einmal in der Woche eine mehrstündige Bootsfahrt auf dem Stausee der Wahnbachtalsperre. Allerdings nicht zum Vergnügen, sondern um an mehreren Stellen, am Anfang, in der Mitte und am Ende des knapp 6 Kilometer langen Stausees eine Reihe von Wasserproben zu entnehmen. Die Laboratorien führen anschließend chemische, chemisch-physikalische sowie biologische Analysen zur Beschaffenheit und Qualität des Wassers durch, um bei Messergebnissen, die von festgelegten Werten abweichen, gegebenenfalls auch Maßnahmen zum Gewässerschutz einleiten zu können. Aber auch Kontrolluntersuchungen nach der Reinigung von Hochbehältern oder vor der Inbetriebnahme von Rohrleitungen sowie Qualitätskontrollen für die Betriebschemikalien der Trinkwasseraufbereitung gehören dazu. So werden jährlich fast 10.000 Proben unterschiedlichster Herkunft entnommen und fortlaufend – auch an Sonn- und Feiertagen – in den eigenen Laboren in biologischer und chemischer Hinsicht untersucht.


Talsperrenbauwerk


Nach diesen ausführlichen Erläuterungen und Besichtigungen der Aufbereitungsanlagen hatten wir schon einen tiefen Einblick bekommen, mit welcher Sorgfalt Trinkwasser „hergestellt“ wird. Nun ging es zum „Ursprung“, zur Talsperre.
Hier begrüßte uns Herr Epple, ehemals Fachgebietsleiter Pumpwerk Seligenthal, und gab einen kurzen Überblick über das Talsperrenbauwerk. Besonders hob er hervor, dass der Damm nicht aus Stahlbeton besteht, wie sonst üblich, sondern aus einer Aufschüttung, im Wesentlichen aus Grauwacke unterschiedlicher Steingrößen, die vom eigens eingerichteten Steinbruch am Hang des Müncheberges in etwa 1400 m Entfernung gewonnen wurden. Zur Wasserseite hin wurde der Damm mit Asphaltbeton abgedichtet. Dieser wurde im Jahre 2008 nach 50 Jahren Beanspruchung durch Kälte, Hitze, Wasserdruck und Umwelteinflüsse saniert.
Herr Epple erläuterte noch, dass das Hauptwassergewinnungsgebiet der Wahnbachtalsperre zwischen Wiehl-Drabenderhöhe im Nordosten (Quelle des Wahnbachs), Hennef/Much im Südosten sowie Siegburg/Seelscheid im Nordwesten liegt. Die Talsperre wird überwiegend durch den Wahnbach mit seinen Zuläufen, unter anderem dem Wendbach, gespeist. Dieses Einzugsgebiet, aus dem die Zuflüsse kommen, ist circa 58 Quadratkilometer groß und besitzt eine schmale, gestreckte Form über eine Länge von circa 20 Kilometer und endet in einem Vorbecken mit einer Phosphor-Eliminierungsanlage.
Diese wurde erforderlich, da sich bereits kurz nach der Inbetriebnahme der Wahnbachtalsperre in den 1960er Jahren zunehmende Algenblüten zeigten, die zu Problemen bei der Trinkwasseraufbereitung führten und die Aufbereitungskapazität beschränkten. Als Ursache wurden die Algennährstoffe Nitrat und Phosphat erkannt, die aus häuslichen Abwässern, aber auch aus der Landwirtschaft durch Düngung und Viehhaltung in den Wahnbach und damit in den Stausee gelangten. Umfangreiche Untersuchungen zeigten, dass durch Flockung mit Eisensalzen und anschließende Filtration Phosphor als essentieller Algennährstoff entfernt und dadurch Algenwachstum unterbunden werden kann.
Nach der Vorreinigung gelangt das Wasser in die eigentliche Talsperre. Das unmittelbar um die Talsperre gelegene untere Einzugsgebiet umfasst knapp 12 Quadratkilometer und entwässert unmittelbar in die Talsperre.
Dann ging es auch schon mit einer kleinen sportlichen Einlage weiter: Über 150 Stufen stiegen wir nun innerhalb des Staudammes in einem engen Tunnel nach unten zum Grundablassstollen. Auf dem Weg dorthin sahen wir in regelmäßigen Abständen Manometer in der Wand zum Stausee zur Überwachung sowie kleine Entwässerungskanäle. Herr Epple erklärte, dass dies keine Gefahr darstelle, sondern natürlich sei, weil eine Staumauer nie ganz wasserundurchlässig sei. Allerdings würden regelmäßige Kontrollgänge erfolgen, wobei diese minimalen Wasseraustritte ständig kontrolliert würden. Unten angekommen wurden wir darauf aufmerksam gemacht, dass wir uns wenige Meter vom Einlassbauwerk und unter der Sohle des Stausees befänden. Im Einlassbauwerk wird das Wasser der Talsperre in 3 möglichen Höhen entnommen - abhängig von der Jahreszeit und den Probeergebnissen. Mit gemischten Gefühlen folgten wir dann den beiden Ablassleitungen mit Durchmessern von 1.400 mm bis zum Pumpwerk Seligenthal. Hier wird das Wasser über 5 Pumpen durch eine Transportleitung (bis 3.500 m³/h) mit einem Durchmesser von 1000 mm ca. 100 Meter hoch in die Wasseraufbereitung Siegelsknippen gepumpt, womit wir wieder (gedanklich) am Ausgangspunkt unserer Exkursion waren.
Wir hatten kennengelernt, was dahinter steckt, wenn wir den Wasserhahn aufdrehen und reines, frisches Trinkwasser in jeder beliebigen Menge heraussprudelt. Dies ist nicht überall so. So sollen Studien zufolge bereits heute fast eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu solch sauberem Trinkwasser haben.


Daten zur Talsperre


Wasserfläche bei höchstem Stau: 200 ha
Stauinhalt: 41,3 Mio. m³
Entnahme (jährlich): 25 Mio. m³
Wasserspiegel bei höchstem Stau: 124,10 m über NN
Maximale Wassertiefe: 46,00 m
Länge des Stausees: 5,8 km
Talhöhe: 80,00 m über NN
Gründungssohle: 75,00 m über NN
Maximale Höhe des Staudammes: 52,5 m
Länge des Staudammes: 360 m
Volumen des Staudammes: 1.020.000 m³ Gesteinsschüttung


Daten zur Wasserabgabe


Jährliche Wasserabgabe: 40 Mio. m³
Durchschnittliche Wasserabgabe: 115.000 m³/Tag
Maximale Wasserabgabe: 175.000 m³/Tag
Pro-Kopf-Verbrauch: ca. 120 l/Tag

Berichte zu vergangenen Veranstaltungen