Online-Überwachungs- und Frühwarnsystem für bakterielle Kontamination in öffentlichen Oberflächengewässern in Breda, Niederlande

In den letzten Jahren haben mehrere EU-Länder heißere Sommer erlebt als üblich, während gleichzeitig schwere Sommerregenereignisse mehrere Gebiete verwüstet haben (z. B. Überschwemmungen in Deutschland und Belgien im Juli 2021, in Slowenien im August 2023, in Griechenland, Bulgarien und der Türkei im September 2023). Während Hitzewellen strömen Menschen zu Seen, Flussufern und anderen Oberflächengewässern, um sich abzukühlen. Häufigere und intensivere extreme Niederschläge und Überschwemmungen, die durch den Klimawandel verursacht werden, können Abwasserkanäle und Infrastrukturen wie Trink- und Abwasserbehandlungssysteme überlaufen. Wassereinzugs- und Abwasserinfrastrukturengpässe zwingen unbehandeltes Wasser und Abwasser in öffentliche Wassersysteme, die Trinkwasser oder Erholungsgebiete betreffen. Dies kann die Öffentlichkeit schädlichen Mikroorganismen aussetzen, die ein Gesundheitsrisiko für Magen-Darm-Erkrankungen, Juckreiz oder andere Krankheiten darstellen. Es ist wichtig, Fäkalien (durch das Vorhandensein von Enterokokken und Toxin produzierenden E. coli-Bakterien) schnell zu erkennen, was ein starker Hinweis auf das mögliche Vorhandensein mehrerer Krankheitserreger (einschließlich Viren, Bakterien, Parasiten) ist, und die Öffentlichkeit darüber zu informieren, ob es sicher ist, in bestimmten Gebieten zu schwimmen.

In Breda suchen die Menschen an heißen Sommertagen in der Nähe der Oberflächengewässer der Gemeinde (wie De Singel-Kanäle, Waterakkers oder Belcrum Beach) Kühlung, die aufgrund der Nähe von Abwasserüberläufen und landwirtschaftlichen Produktionsflächen nicht zu offiziellen Badegewässern werden dürfen. Die Behörde Breda ist jedoch für die öffentliche Gesundheit zuständig und möchte die Öffentlichkeit zuverlässig und effektiv über die Wasserqualität in Oberflächengewässern informieren.

Mikrobiologische Methoden zur Beurteilung der Wasserqualität stützen sich seit langem auf die Entnahme von Proben und die Quantifizierung der Mikroorganismen aus einer Kulturprobe. Angesichts der geringen Probenahmehäufigkeit (1x/Woche) und der langen Probenverarbeitungszeit waren die Menschen möglicherweise bereits kontaminiertem Wasser ausgesetzt und infiziert, sobald die Ergebnisse vorliegen. Alternativ kann eine präventive Beschränkung des Zugangs zu potenziell kontaminiertem Freizeitwasser während des Wartens auf Probenahmeergebnisse die Öffentlichkeit unnötig an der Kühlung hindern.

Das übergeordnete Ziel der Online-Enzymüberwachung und Frühwarnung in Breda besteht darin, die mikrobiologische Wasserqualität seiner offenen Gewässer zu überwachen und negative Auswirkungen auf die Gesundheit aufgrund einer verschlechterten Wasserqualität abzumildern. Konkret umfasst dies:

• Verbesserung, Beschleunigung und häufigere Erkennung von Vorfällen, die die mikrobiologische Wasserqualität beeinträchtigen;
• Verkürzung der Zeit zwischen Kontamination und Reaktion;
• Unterrichtung/Alarmierung der Behörden und der Öffentlichkeit über Wasserqualität und restriktive Maßnahmen.
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Die Stadt Breda teilt aktuelle Informationen über die Wasserqualität ihrer Oberflächengewässer, die häufig von der Öffentlichkeit zur Erholung genutzt werden. Karten visualisieren Ampelinformationen auf der Grundlage von Badegewässerqualitätsnormen aus der Badegewässerqualitätsrichtlinie, d. h. grün für die Wasserqualität, die den Normen in amtlichen Badegewässern entspricht[1]; Orange für die Wasserqualität, die den Normen in nichtamtlichen Badegewässern entspricht; Rot für die Oberflächenwasserqualität unterhalb der Standards, was ein Gesundheitsrisiko darstellt. Um eine schnelle und effektive Bewertung der Wasserqualität zu ermöglichen, verwendet die Stadt Breda ein Online-Enzymüberwachungssystem, BACTcontrol[2]. Es ermöglicht die frühzeitige Erkennung einer Verschlechterung der mikrobiologischen Qualität des Wassers und ermöglicht Präventivmaßnahmen und Frühwarnungen, um die mikrobiologische Qualität des Wassers zu erhalten und die öffentliche Gesundheit zu schützen.

Der BACTcontrol-Sensor nimmt kontinuierlich Proben im Wasser und analysiert sie vor Ort auf das Vorhandensein und die Aktivität spezifischer Enzyme von E. coli, coliforms, Enterokokken und Bakterien im Allgemeinen als Indikator für das Vorhandensein einer bakteriellen Kontamination. Das System übermittelt die Messdaten online an eine Datenplattform, auf der die lokalen Stadtbehörden die Informationen einsehen, überprüfen und übersetzen können. Bei Überschreitung der Schwellenwerte werden Warnmeldungen und geänderte Ampelinformationen über eine öffentliche Website mit der Öffentlichkeit ausgetauscht. Wenn sich die mikrobiellen Konzentrationen verringern und die Qualitätsstandards der Badegewässer wieder erfüllen, ermöglicht das System eine schnelle Entfernung der Warnmeldung an die Öffentlichkeit. Physikalische Wasserproben und Labor- oder mobile Analysen ergänzen das Online-Enzymüberwachungssystem, nachdem dieses eine Warnmeldung für die weitere Untersuchung und Bewertung der Kontamination ausgegeben hat.

[1] Da es in der Stadt keine Oberflächengewässer gibt, die zu offiziellen Badegewässern werden dürfen, wird in Breda kein grünes Licht gegeben.

[2] Hergestellt von microLAN, Niederlande

An der Umsetzung des Überwachungs- und Frühwarnsystems für die Wasserqualität sind mehrere Interessenträger beteiligt, darunter Behörden in den Bereichen Wasserwirtschaft, öffentliche Gesundheit und Erholung, lokale (d. h. städtische Ebene) und nationale Regulierungsbehörden sowie Akteure aus Forschung und Privatwirtschaft. Die regionale Wasserbehörde (WaterschapBrabantse Delta)ist in Zusammenarbeit mit Aquon für die Datenerhebung zuständig, während sich die Stadt Breda auf die Datenverarbeitung und -weitergabe konzentriert. Während die BACTcontrol-Technologie vom Privatunternehmen microLAN und der Messplan vom Privatunternehmen Partners4Urbanwater entwickelt wurden, trug das Engagement der Wasserwirtschafts- und Gesundheitsbehörden in der Stadt Breda[1] zur erfolgreichen Entwicklung und Implementierung des integralen Betriebssystems bei.

[1] Das System wurde auch in anderen Städten, einschließlich Amsterdam (Niederlande), implementiert und getestet.

Das BACTcontrol-System ermöglicht eine schnelle Analyse (1-2 Stunden) und erfordert begrenzte manuelle Arbeiten, die im Gegensatz zu herkömmlichen mikrobiologischen Methoden, die im Labor angebaute Kulturen erfordern (24-48 Stunden), am Probenahmeort durchgeführt werden können. Dies führt zu fast Echtzeit-Warnmeldungen im Falle einer Kontamination, was zur Vermeidung von Gesundheitsrisiken beiträgt.

Das System kostet jährlich rund 85 000 EUR. Darin enthalten sind die jährlichen Kosten für den Betrieb des BactControl-Sensors zwischen Mai und September (Badesaison) von rund 30 000 Euro. Die erforderlichen Laborproben und Analysen auf mikrobiologische Kontamination, die die enzymatischen Messungen vor Ort ergänzen, kosten jährlich rund 20 000 EUR. Die jährlichen Kosten für die Verwaltung der öffentlichen Website mit Warnhinweisen und Informationen zur Wasserqualität belaufen sich auf 10 000 EUR, während weitere 25 000 EUR für Datenanalysen, politische Folgemaßnahmen und Arbeitsanweisungen bereitgestellt werden müssen.

Auf Makroebene verhindert die Geschwindigkeit und Zugänglichkeit der Online-Überwachung und Frühwarnung vor bakterieller Kontamination in öffentlichen Gewässern erhebliche soziale und ökologische Kosten, indem die öffentliche Gesundheit vor durch Wasser übertragenen Krankheiten geschützt wird. Das Online-Überwachungssystem bietet Behörden kontinuierliche Einblicke in die Wasserqualität von Oberflächengewässern, die es ihnen ermöglichen, rechtzeitig wärmende Botschaften zu übermitteln. Es wird erwartet, dass der Klimawandel die Häufigkeit von Vorfällen, die die Oberflächenwasserqualität beeinträchtigen, erhöht, so dass Gesundheitsbehörden, Wasserversorger, Gemeinden und Freizeitmanager erhebliche soziale und ökologische Kosten vermeiden können, indem sie bereit sind, mikrobiologische Risiken schnell zu erkennen und auf Probleme mit der Wasserqualität zu reagieren.

Bestehende Rechtsvorschriften wie die Europäische Badegewässerrichtlinie regeln die Wasserqualität in Freizeitgewässern. Da es sich bei der Online-Enzymüberwachung um eine sich entwickelnde Technologie handelt, ist sie derzeit weder reguliert noch in den bestehenden Rechtsrahmen für Badegewässer vorgeschrieben.

Der Abschluss der Prüfung und Validierung des Enzymüberwachungs- und Frühwarnsystems dauert mehrere Monate.

Das Online-Überwachungs- und Frühwarnsystem wird auch in Zukunft für die an der Wasserwirtschaft und der öffentlichen Gesundheit beteiligten Akteure von großer Bedeutung sein. Angesichts der Erwärmung und des prognostizierten Anstiegs der Überschwemmungen werden sich die für die Bewirtschaftung der Oberflächenwasserqualität zuständigen Behörden zunehmend auf Überwachungsinstrumente für den Umgang mit mikrobiologischen Kontaminationen und Frühwarnsysteme zum Schutz der menschlichen Gesundheit verlassen. Ganz konkret wurde der BACTcontrol-Sensor so entwickelt, dass er nur begrenzten Wartungsaufwand erfordert und mehrere Monate unbeaufsichtigt funktioniert. Das zugehörige Portal, das ein Frühwarnsystem für die Öffentlichkeit ausgibt, muss regelmäßig aktualisiert werden.

Bas Hoefeijzers, adviseur stedelijk water- en klimaatadaptatiebeleid, baj.hoefeijzers@breda.nl

Jeroen Langeveld, Consultant at Partners4UrbanWater, Jeroen.langeveld@urbanwater.nl

Joep Appels and Jesse Smit, microLAN, joep.appels@microlan.nl, jesse.smit@microlan.nl