Wasser vernetzt verstehen, Zukunft gestalten

Die Eawag untersucht Wasser als komplexes System aus Umwelt, Technik und Gesellschaft und entwickelt daraus Lösungen, die bestehende Infrastrukturen gezielt und nachhaltig verbessern. Als Mitglied des Wirtschaftsnetzwerks Flughafenregion Zürich prägt und stärkt sie den Standort massgeblich – auch als international sichtbares Zentrum für Umwelttechnologie und zukunftsorientierte Forschung.

Quelle: Alessandro Della Bella/Eawag

Die Kläranlage auf dem Gelände der Eawag in Dübendorf ist an das Kanalnetz der Stadt angeschlossen und arbeitet unter realen Bedingungen.

Trinkwasser, Abwasser, Biodiversität und Klima sind eng miteinander verknüpft. Schadstoffe aus Haushalten, Landwirtschaft und Industrie gelangen in Gewässer und Grundwasser und belasten die Ökosysteme. Intakte, artenreiche Gewässer können diese Belastungen besser abfedern, da Mikroorganismen Schadstoffe abbauen und Kreisläufe stabil halten. Geht die Biodiversität zurück, drohen Verschlammung, Sauerstoffmangel und eine schlechtere Wasserqualität. 

Der Klimawandel verstärkt diese Dynamik zusätzlich: Trockenperioden konzentrieren Schadstoffe, Starkregen überlastet Systeme und spült ungeklärtes Abwasser in Gewässer. Gleichzeitig steigt der Bedarf an energieeffizienter Wasseraufbereitung – und damit an Lösungen, die ökologische, technische und gesellschaftliche Aspekte gemeinsam berücksichtigen.

Infrastrukturen weiterentwickeln

In diesem vielschichtigen Zusammenspiel von Umweltprozessen, Infrastruktur und gesellschaftlichen Einflüssen forscht die Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz, kurz Eawag, mit Hauptsitz in Dübendorf. Das international führende Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs richtet den Blick auch auf wenig beachtete Prozesse und deckt Zusammenhänge auf, die über einzelne Systeme hinausreichen. Dabei geht es nicht nur um neue Technologien, sondern ebenso um ein vertieftes Verständnis bestehender Systeme und ihrer Wechselwirkungen.

Ein Schwerpunkt liegt heute auf der Weiterentwicklung bestehender Infrastrukturen. Seit Mitte der 2010er-Jahre untersucht die Eawag, wie sich Kläranlagen effizienter und stabiler betreiben lassen – ohne kostenintensiven Ausbau. Ein zentrales Beispiel ist die Verdichtung des Belebtschlamms.

Belebtschlamm optimieren

Mit wachsender Bevölkerung steigt die Abwassermenge, während bei der Stickstoffentfernung strengere Vorgaben eingehalten werden müssen. Die Abteilung Verfahrenstechnik zeigte, dass sich die Leistungsfähigkeit bestehender Kläranlagen durch gezielte Schlammverdichtung deutlich steigern lässt.

Statt lockerer Bakterienflocken werden kompakte Granula gefördert, die sich schneller absetzen. So bleibt mehr Biomasse im System, und die Reinigungsleistung steigt – ohne einen Ausbau der Infrastruktur. Unter der Leitung von Nicolas Derlon wurde das Verfahren in zehn Kläranlagen sowie in Pilotprojekten in Dübendorf und Zürich untersucht sowie unter Praxisbedingungen validiert. Der Einsatz von Hydrozyklonen sowie angepasste Zulaufbedingungen, die das Wachstum stabiler Granula gezielt fördern, spielen hierbei eine zentrale Rolle.

Die Resultate sind eindeutig: Mit steigendem Granula-Anteil verbessert sich die Sedimentation deutlich; ab rund 40 Prozent wird das Potenzial weitgehend ausgeschöpft. Anlagen wie die ARA Neugut in Dübendorf kommen bereits ohne Flockungsmittel aus. Zudem zeigt sich ein erhebliches Potenzial für eine stabilere Stickstoffentfernung – insbesondere unter kritischen Bedingungen im Winter.

Unterschätztes Klimagas im Fokus

Parallel dazu rückte die Eawag die Lachgasemissionen aus Kläranlagen verstärkt ins Blickfeld. Lange konzentrierte man sich auf Energieeffizienz, während Emissionen kaum systematisch erfasst wurden. In der Versuchskläranlage in Dübendorf – betrieben mit realem Abwasser – wurden diese nun gezielt untersucht.

Innerhalb der Abteilung Verfahrenstechnik, unter der Leitung von Wenzel Gruber, wurden Emissionen kontinuierlich sowie hochaufgelöst gemessen und mit Betriebsdaten wie Sauerstoffgehalt, Stickstoffverbindungen und Belastung verknüpft. Ergänzend analysierte man die zugrunde liegenden mikrobiellen Prozesse und deren Reaktion auf betriebliche Veränderungen.

«Verborgene» Emissionen messbar machen

Die Ergebnisse zeigen ein klares Bild: Lachgas entsteht nicht gleichmässig, sondern in kurzen, teils sehr hohen Peaks, ausgelöst durch kleine Veränderungen im Betrieb. Besonders kritisch sind niedrige Sauerstoffkonzentrationen, Nitrit-Anreicherung und instabile Prozesse.

Damit wurde deutlich, dass diese Emissionen klimatisch relevant sind und unter Umständen ähnlich stark ins Gewicht fallen wie der Energieverbrauch der Anlage. Entscheidend ist: Lachgas wird nicht länger als zufälliges Nebenprodukt verstanden, sondern als vom Betrieb beeinflussbarer Prozess – und damit grundsätzlich steuerbar und gezielt reduzierbar.

Legionellen im Gesamtsystem beherrschen

Mit dem zwischen 2020 und 2024 durchgeführten Projekt «LeCo» verlagerte die Eawag den Blick zusätzlich auf gesundheitliche Risiken in Gebäuden. Unter der Leitung von Frederik Hammes untersuchte die Abteilung Umweltmikrobiologie die Verbreitung von Legionellen und deren Zusammenhang mit realen Infektionsrisiken. Tim Julian und das Swiss Tropical and Public Health Institute sowie die Hochschule Luzern ergänzten diese Arbeiten um Risikomodellierung und gebäudetechnische Aspekte.

Der Ansatz war konsequent systemisch: Statt isolierter Betrachtung wurden Biofilme, Betriebsbedingungen und Exposition gemeinsam analysiert. Labor-, Pilot- und Feldstudien wurden mit molekularen Methoden, standardisierten Probenahmen und quantitativen Risikomodellen kombiniert.

Die Ergebnisse liefern konkrete Handlungsgrundlagen: wirksame Temperaturstrategien, verbesserte Messmethoden und realistische Risikobewertungen. Gleichzeitig wurden vereinfachte Annahmen – etwa zur Rolle von Stagnation – differenziert. Damit wurde aus einem diffusen Risiko eine steuerbare Aufgabe im Gebäudebetrieb.

Globale Sanitärversorgung

Über die Schweiz hinaus engagiert sich die Eawag in der globalen Sanitärforschung. Arbeiten zur Vermifiltration – einer Abwasserreinigung mit Regenwürmern – wurden seit den 2010er-Jahren vorangetrieben, unter anderem durch die Abteilung Sandec und Kayla Coppens.

Die Technologie ist einfach, robust und energiearm: Regenwürmer und Mikroorganismen bauen organische Stoffe ab, die Anlagen lassen sich aus lokalen Materialien errichten und benötigen keine Kanalisation. Damit eignet sich das Verfahren besonders für Regionen, in denen klassische Infrastrukturen fehlen oder nicht finanzierbar sind.

Quelle: Kayla Coppens/Eawag

Die Vermifilter-Anlage der Eawag im indischen Puna: Der Aufbau und Betrieb lassen sich durch lokale Materialien und klimatische Bedingungen anpassen, mit einer gleichzeitigen stabilen Reinigungsleistung.

Untersuchungen in der Schweiz und in Indien zeigen: Systeme müssen an lokale Bedingungen angepasst werden, etwa an Klima, Materialien oder Vorbehandlung. Trotz dieser Unterschiede erreichen sie vergleichbare Reinigungsleistungen. Vermifiltration ist damit kein standardisiertes Produkt, sondern ein flexibel anpassbarer Ansatz für eine dezentrale und nachhaltige Sanitärversorgung.

Doch nachhaltige Lösungen entstehen nicht allein durch technische Innovationen. Entscheidend ist ebenfalls, wie unterschiedliche Interessen ausgeglichen und Entscheidungen getroffen werden. Die Eawag untersucht deshalb ebenso, wie solche Zielkonflikte durch fundierte Entscheidungsprozesse und tragfähige Kompromisse gelöst werden können. Im Fokus steht dabei auch, wie Menschen entscheiden, was sie zum Handeln motiviert, und wie Akteure aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft zusammenwirken. Ziel ist es, die Transformation zu einer nachhaltigen Wasserbewirtschaftung wirksam zu unterstützen.

Komplexität verstehen, Lösungen ermöglichen

Die Eawag bewegt sich in einem hochvernetzten Gefüge und macht dessen Wechselwirkungen präzise fassbar. Ihre Arbeit ist zentral, um daraus wirksame und umsetzbare Lösungen für eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung zu entwickeln – von der lokalen Infrastruktur bis zu globalen Herausforderungen.

Die hier vorgestellten Beispiele geben exemplarische Einblicke in diese Forschung und zeigen, wie komplexe Zusammenhänge systematisch erschlossen und in konkrete Anwendungen überführt werden. Sie stehen stellvertretend für ein breites Spektrum an Themen und Methoden, das weit über diese Beispiele hinausgeht. Vertiefte Informationen finden sich auf der Website der Eawag (www.eawag.ch), wo Projekte, Schwerpunkte und Ergebnisse umfassend dokumentiert sind.