Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Am Beispiel der Stadt Limburg und der Lahn wird auf der Basis vorhandener Daten sowie zielgerichteter Erhebungen ein konkretes Konzept zur immissions-orientierten und umweltvertr\u00e4glichen Sanierung der niederschlagsbedingten Gew\u00e4sserbelastung erarbeitet und umgesetzt. Hierbei wird die Gesamtheit aus Kanalnetz, Kl\u00e4ranlage und Gew\u00e4sser systematisch betrachtet. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Beurteilung der \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Effizienz von abwassertechnischen Ma\u00dfnahmen zur Niederschlagswasserbehandlung. Hierbei werden Grundlagen erarbeitet, mit denen die \u00f6kologische und \u00f6konomische Wirksamkeit von abwassertechnischen Ma\u00dfnahmen quantitativ abgesch\u00e4tzt werden k\u00f6nnen. Die Bearbeitung erfolgt beispielhaft, so dass die erarbeiteten Instrumentarien und Methoden an anderer Stelle genutzt und \u00e4hnlich gelagerte Problemstellungen zuk\u00fcnftig mit deutlich reduziertem Aufwand gel\u00f6st werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen zur Bestandsaufnahme und zur Schaffung einer ausreichenden Datengrundlage wurden w\u00e4hrend drei Schwerpunktmessphasen im Jahr 1996 und 1998 durchgef\u00fchrt. Emissionsseitig wurde das Kanalnetz durch Messungen an ausgew\u00e4hlten Mischwasserentlastungen erfasst. Die Wahl der Entlastungsanlagen erfolgte auf Grundlage vorliegender Ergebnisse von Schmutzfrachtberechnungen. Die Erfassung des Betriebszustandes der Verbandskl\u00e4ranlage Limburg erfolgte neben der Auswertung der Betriebstageb\u00fccher \u00fcber einen langfristigen Zeitraum durch umfassende Messprogramme w\u00e4hrend der Schwerpunktmessphasen.
\nParallel zu den Messungen in Kanalnetz und Kl\u00e4ranlage wurden die immissionsseitig notwendigen Erhebungen in der Lahn durchgef\u00fchrt. Neben den Schwerpunktmessphasen erfolgte eine kontinuierliche Erfassung relevanter gew\u00e4sserg\u00fctewirtschaftlicher sowie meteorologischer Daten \u00fcber einen Zeitraum der Sommermonate 1996. Die Untersuchungen erfolgten flussabw\u00e4rts von Limburg bei Diez (ca. 4 km Flie\u00dfstrecke ab Einleitung der Verbandskl\u00e4ranlage) und an der Lahn vor Limburg (3. Schwerpunktmessphase).<\/p>\n
Die Messungen im Jahre 1996 und 1998 wurden durch die Abflussdaten der Lahn bei Leun und Kalkofen sowie von vier wesentlichen Nebengew\u00e4sser erg\u00e4nzt. Weiterhin dienen Niederschlagsdaten des Deutschen Wetterdienstes zur Erg\u00e4nzung der eigenen gemessenen Datenbasis. Zur Erfassung der Vorbelastung der Lahn wurden Messungen der Hessischen Landesanstalt f\u00fcr Umwelt an den Messstellen Oberbiel und Limburg herangezogen. Parallel zur Erfassung der vorgenannten Daten wurde das Kanalisationsnetz des Abwasserverbandes in seinem aktuellen Stand erfasst.
\nDer gewonnene Datenbestand wurde mit Hilfe einfacher Bilanzen \u00fcberpr\u00fcft. Die Bilanzierungen dienten dazu, Belastungsschwerpunkte zu erkennen und Sanierungsszenarien zu definieren.
\nMit Hilfe der Messungen auf der Kl\u00e4ranlage und im Kanalnetz sowie erg\u00e4nzender Daten aus der Eigen\u00fcberwachung konnten diese beiden siedlungswasserwirtschaftlichen Elemente mit einem dynamischen Kl\u00e4ranlagensimulationsmodell sowie einer Schmutzfrachtsimulation nachgebildet und kalibriert werden. Zur Anwendung kam die Simulationssoftware SIMBA auf der Basis des IAWQ-Modell ASM-1 (Kl\u00e4ranlage) sowie das Schmutzfrachtmodell MOMENT (Kanalnetz).
\nZur Berechnung der Wasserqualit\u00e4t wurde das Gew\u00e4sserg\u00fctemodell der ATV verwendet. Die Kalibrierung des Modells erfolgte auf der Basis der ersten Schwerpunktmessphase f\u00fcr die Lastf\u00e4lle Trockenwetter- und Regenwetterabfluss (inkl. Mischwasserentlastung).
\nZur \u00dcberpr\u00fcfung von Ma\u00dfnahmen der Mischwasserbehandlung (Kanalnetz und Kl\u00e4ranlage) wurden vier Ausbaustufen (Szenarien) definiert. Als weitere Eingangsgr\u00f6\u00dfen f\u00fcr das untersuchte System dienten eine ver\u00e4nderliche Niederschlagsbelastung sowie eine unterschiedliche Vorbelastung des Gew\u00e4ssers. Mit Hilfe der Verkn\u00fcpfung von Kanalnetz, Kl\u00e4ranlagen- und Gew\u00e4sserg\u00fctesimulation konnten die Ma\u00dfnahmen-Szenarien immissionsseitig hinsichtlich ihrer \u00f6kologischen Wirksamkeit bewertet werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die wesentlichen Ergebnisse aus dem Projekt lassen sich wie folgt zusammenfassen:<\/p>\n
Ausbau der Mischwasserbehandlung
\nDie Mischwasserbehandlung entspricht in ihrem derzeitigen Ausbauzustand (Szenario 0 “Ist-Zustand 1998”) nicht den g\u00fcltigen Regeln der Technik. Erst ein weitergehender Ausbau, wie in Szenario 1 “Stand der Technik” dargestellt, erf\u00fcllt die Anforderungen.
\nLangfristige Entlastungsmessungen (Dauer: 1 Jahr) an einer ausgew\u00e4hlten Entlastungsanlage (Regen\u00fcberlauf R20 “R\u00dc Elz – Am Reitplatz”) haben gezeigt, dass die tats\u00e4chliche Entlastungst\u00e4tigkeit nicht der rechnerischen (verwendete Regenreihe: rr05 f\u00fcr das Land Hessen) entspricht. Die Aufzeichnung der Entlastungst\u00e4tigkeit an Mischwasserentlastungsanlagen zur Eigen\u00fcberwachung und als Planungshilfe wird daher empfohlen, bevor ressourcenintensive Investitionen realisiert werden. Erg\u00e4nzend hierzu k\u00f6nnen Niederschlagsmessstellen als Planungshilfe dienen, um neben Modellregenreihen auch Echtregen bei der Beurteilung des Kanalnetzes verwenden zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Mischwasserbehandlung und Gew\u00e4sserg\u00fcte
\nW\u00e4hrend der drei Schwerpunktmessphasen konnten Mischwasserlastf\u00e4lle beobachtet werden, die Belastungen in der N\u00e4he kritischer Schwellenwerte verursachten. Dies betraf die Parameter Sauerstoff und Ammonium. Ein Zusammentreffen von Ammonium- und pH-Spitzenwerten konnte f\u00fcr den Untersuchungszeitraum nicht festgestellt werden. Mit Hilfe von pH-Wert- und Temperaturmessungen konnte deshalb rechnerisch nachgewiesen werden, dass im Gew\u00e4sser keine kritischen Ammoniakkonzentrationen auftreten.
\nMit Hilfe der Messungen wurde die Lahn nach geltenden G\u00fctekriterien f\u00fcr den chemischen Zustand als ein Gew\u00e4sser mit “m\u00e4\u00dfiger” bis “deutlicher” Belastung klassifiziert. F\u00fcr den Parameter Pges und PO4-P wurden “erh\u00f6hte” Belastungen festgestellt. In Untersuchungen, die im Rahmen des BMBF-NIEDERSCHLAG-Projektes durchgef\u00fchrt wurden, konnten als wesentliche Phosphor-Quellen punktf\u00f6rmige Einleitungen aus Kl\u00e4ranlagen festgestellt werden. Diese Einleitungen befinden sich im Oberlauf des Untersuchungsgebietes. Untersuchungen zu N\u00e4hrstoffeintr\u00e4gen aus diffusen Quellen wurden im Rahmen des Projektes nicht durchgef\u00fchrt.
\nIn vier Szenarien wurden Ausbaustufen der Mischwasserbehandlung definiert. Modellrechnungen f\u00fcr den Gew\u00e4sserabschnitt der Lahn bei Limburg haben f\u00fcr die Szenarien gezeigt, dass bei den gegebenen Randbedingungen keine signifikanten Unterschiede bez\u00fcglich der Gew\u00e4sserbelastung zu erwarten sind. Untersucht wurden dabei die f\u00fcr den Gew\u00e4sserabschnitt relevanten Parameter Sauerstoff und Ammonium\/Ammoniak. Aus gew\u00e4sserg\u00fctewirtschaftlicher Sicht sind deshalb keine versch\u00e4rften Anforderungen an die Mischwasserbehandlung zu stellen.
\nJedoch erscheint es aus st\u00e4dtebaulichen und \u00f6kologischen Gr\u00fcnden sinnvoll, eine Niederschlagswasserbehandlung am Entstehungsort durchzuf\u00fchren. Gerade f\u00fcr k\u00fcnftige Erweiterungsfl\u00e4chen bietet sich diese<\/p>\n
Vorgehensweise an. Hierdurch kann eine Verminderung der hydraulischen und stofflichen Belastung der nachfolgenden Systeme erreicht werden.
\nNicht in die Detailuntersuchungen einbezogen wurde der Elbbach, in den ein Anteil der Mischwasserentlastungsbauwerke im Verbandsgebiet entlasten. Eine erg\u00e4nzende Gew\u00e4sserg\u00fcteuntersuchung zeigte jedoch keine Sch\u00e4digungen bez\u00fcglich der Gew\u00e4sserg\u00fcte. Die Einstufung des Gew\u00e4ssers erfolgte in die G\u00fctestufe II.<\/p>\n
Ausbauzustand der Kl\u00e4ranlage
\nIm Untersuchungszeitraum wurde die Betriebsweise der Kl\u00e4ranlage auf den Betrieb zur gezielten Stickstoffelimination (Nitrifikation\/Denitrifikation) umgestellt. Hierdurch wurden Ablaufwerte erreicht, die die gesetzlichen Anforderungen unterschreiten. Kalibrierte und verifizierte Modellrechnungen unter Einbezie-hung von geplanten Erweiterungsfl\u00e4chen zeigen, dass eine \u00dcberlastung der Kl\u00e4ranlage durch den Anschluss der Erweiterungsfl\u00e4chen nach dem derzeitigen Kenntnisstand nicht zu erwarten ist.
\nSelbst bei einer Mehrbelastung der Kl\u00e4ranlage bis zu einem Mischwasserzufluss von Qm = 3*Qsx+Qf w\u00fcrden rechnerisch die Ablaufwerte eingehalten. In der Mehrbelastung der Kl\u00e4ranlage w\u00fcrde deshalb ein kosteng\u00fcnstiges Potential f\u00fcr F\u00e4lle liegen, bei denen bei niedrigen Regenabflussspenden kritische Ammonium-\/Ammoniakbelastungen im Gew\u00e4sser auftreten k\u00f6nnen.
\nEin besonderes Augenmerk sollte dabei immer der Nachkl\u00e4rung geschenkt werden. Die Schlammbehandlung war nicht Gegenstand der Untersuchungen.<\/p>\n
Einfluss der Kl\u00e4ranlage auf die Gew\u00e4sserg\u00fcte
\nAuf der Basis der durchgef\u00fchrten Messungen und Modellrechnungen konnte nachgewiesen werden, dass der Einfluss der Kl\u00e4ranlagenemissionen auf den Stoffhaushalt der Lahn im Vergleich zur Vorbelastung gering ist. Dies betrifft die untersuchten Parameter Sauerstoff und Ammonium\/Ammoniak. Einen wesentlicheren Einfluss auf die Gew\u00e4sserg\u00fcte besitzen die Mischwassereinleitungen im Verbandsgebiet.
\nDie Immissionsanalyse hat gezeigt, dass \u00fcber den derzeitigen Ausbauzustand der Kl\u00e4ranlage hinausgehende Ma\u00dfnahmen zur Verbesserung der Ablaufqualit\u00e4t nicht erforderlich sind.<\/p>\n
Vereinfachte Nachweise zur Erkennung kritischer Belastungssituationen
\nEin vereinfachter Nachweis zur Erkennung kritischer Belastungssituationen wurde mit Hilfe des Gelbdruckes des BWK-Merkblattes 3 durchgef\u00fchrt. Obwohl im vorliegenden Fall die Anwendungsgrenzen des Leitfadens \u00fcberschritten wurden, konnten qualitativ gesicherte Aussagen gegeben werden. Das BWK-Merkblatt 3 kann somit als geeignetes Werkzeug angesehen werden, eine Absch\u00e4tzung der Gew\u00e4sserbelastung unter Ber\u00fccksichtigung \u00f6rtlicher Verh\u00e4ltnisse und hinsichtlich der Wahl des Nachweisverfah-rens (detailliert oder vereinfacht) f\u00fcr das Einhalten von Anforderungen zu treffen. Auf Grund der Gr\u00f6\u00dfe des Untersuchungsgebietes ist die Anwendung von einfachen Bilanzans\u00e4tzen unter Einbezug der Elemente Kanalisation, Kl\u00e4ranlage und Gew\u00e4sser zur Betrachtung von einzelnen Mischwasserlastf\u00e4llen nur bedingt m\u00f6glich. Um gesicherte Aussagen zu erhalten, sind dazu umfassendere Datengrundlagen sowie genauere Kenntnisse der Belastungspfade notwendig. F\u00fcr diesen detaillierten Nachweis einschlie\u00dflich der Ma\u00dfnahmenwahl k\u00f6nnen die im Vorhaben erarbeiteten Methoden angewendet werden.<\/p>\n
Modellgrundlagen
\nBei der Modellanwendung m\u00fcssen dem Anwender die theoretischen Grundlagen des verwendeten Modells bekannt sein. Hierbei eingeschlossen sind grundlegende Kenntnisse \u00fcber die theoretischen Hintergr\u00fcnde der Simulation und der Prozessabl\u00e4ufe im zu simulierenden System.
\nF\u00fcr das verwendete Gew\u00e4sserg\u00fctemodell sind zwar die theoretischen Hintergr\u00fcnde publiziert, die Prozessgleichungen sind jedoch noch nicht offengelegt. Eine Interpretation und Verifizierung der Ergebnisse ist somit nur eingeschr\u00e4nkt und auf indirektem Weg m\u00f6glich.<\/p>\n
Modellrechnungen zur Gew\u00e4sserg\u00fcte
\nF\u00fcr unterschiedliche Lastf\u00e4lle wurden Modellrechnungen zur Beurteilung der Gew\u00e4sserg\u00fcte durchgef\u00fchrt. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass sich auf Grund der Verh\u00e4ltnisse im Vorflutgew\u00e4sser die untersuchten Varianten zur Mischwasserbehandlung in ihrer Wirkung auf den Gew\u00e4sserzustand nur relativ geringf\u00fcgig unterscheiden. Als wesentlicher Parameter, der die Mischwasserentlastung bestimmt, stellt sich die Niederschlagsbelastung dar.
\nWeitergehende Ma\u00dfnahmen zur Mischwasserbehandlung oder eine hydraulische Mehrbeschickung der Kl\u00e4ranlage bedeuten im vorliegenden Fall keine wesentliche Verbesserung des Gew\u00e4sserzustandes f\u00fcr den betrachteten Gew\u00e4sserabschnitt.
\nDie Simulationsrechnungen zeigten, dass die vorgeschlagenen Grenzwerte nach der ATV-Arbeitsgruppe “Beeinflussung der Gew\u00e4sserg\u00fcte durch Mischwassereinleitungen” (AG 2.1.1) unter bestimmten Belastungsannahmen zwar ann\u00e4hernd erreicht werden k\u00f6nnen, \u00fcberschritten werden diese jedoch nicht. <\/p>\n
Messprogramme zur Eigen\u00fcberwachung
\nDie Auswertung des vorhandenen Datenmaterials zeigte, dass im Vergleich zum erforderlichen Umfang der hier durchgef\u00fchrten Untersuchungen Defizite bestanden. Ein im Vergleich zur geltenden Eigenkontrollverordnung (EKVO) ver\u00e4ndertes Messprogramm zur Eigen\u00fcberwachung w\u00e4re f\u00fcr \u00e4hnlich gelagerte Problemstellungen erforderlich. Eine Anpassung der EKVO an die Erfordernisse der Datengrundlagen von Simulationsmodellen wird daher empfohlen.
\nNeben der Abwasserreinigung bestehen vor allem im Bereich der Mischwasserbehandlung erhebliche Defizite hinsichtlich ihrer Erfolgskontrolle.
\nEine \u00dcberwachung des Vorflutgew\u00e4ssers erscheint bei kritischen Situationen sinnvoll. Als Mindestparameter sollten kontinuierliche Sauerstoff-, Tr\u00fcbungs- und UV-Sonden (Messung des spektralen Absorptionskoeffizienten) eingesetzt werden. Es sind Sekund\u00e4rdaten (insb. Abfluss, Wetterdaten, Einleitungen aus dem Siedlungsgebiet) so zu erheben, dass Bilanzierungen und ggf. Modellkalibrierungen f\u00fcr die relevanten stofflichen Parameter f\u00fcr ein Niederschlagskontinuum m\u00f6glich sind. Die genannten Parameter lassen sich mit geringem personellen Aufwand \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum kontinuierlich erfassen und k\u00f6nnen zum Erkennen kritischer Belastungssituationen beitragen. Erforderlich sind Probestellen im Ober- und Unterlauf des Entw\u00e4sserungssystems.<\/p>\n
Schwerpunktmessprogramme
\nSchwerpunktmessprogramme dienen zur Datenverdichtung und k\u00f6nnen \u00fcber einen zeitlich begrenzten Zeitraum durchgef\u00fchrt werden. Sie dienen im wesentlichen zur Kalibrierung von Modellen. Eine Kalibrierung von Modellen ist nicht nur bei deren Erstellung, sondern auch bei sich ver\u00e4ndernden Randbedingungen notwendig. Beispielhafte Schwerpunktmessprogramme wurden konzipiert und durchgef\u00fchrt. Der Umfang der Erhebungen h\u00e4ngt im wesentlichen von der Fragestellung und dem verwendeten Modell ab.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Mang, J. (1996): \u00d6kologische und technische Hinweise zur Abwasser- und Kl\u00e4rschlammbehandlung bei knappen Kassen. In: Schriftenreihe Wasser, Abwasser, Abfall des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft, Universit\u00e4t Kassel, Band 16, Seite 85, Kassel.
\nBorchardt, D., Fischer, J. und E. Mauch (1998): Auswirkungen von Mischwassereinleitungen auf den Stoffhaushalt und die Bioz\u00f6nose von Flie\u00dfgew\u00e4ssern: \u00d6kologische und wasserwirtschaftliche Folgerungen. Gwf Wasser Abwasser 139 (7), 418 – 423.
\nMang, J.; Geffers, K.; Borchardt, D (1998): Auswirkungen von Mischwassereinleitungen auf den Stoffhaushalt und die Bioz\u00f6nose von Flie\u00dfgew\u00e4ssern, Fallbeispiel Lahn bei Limburg (Hessen) – ein staureguliertes Flie\u00dfgew\u00e4sser 2. Ordnung. gwf – Wasser, Abwasser, 139 (6), 408 – 417.
\nBorchardt, D. (1999): Praxisorientierte Ermittlung der flie\u00dfgew\u00e4sserbezogenen Anforderungen an die Niederschlagswasserbehandlung. Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft Bochum 36, 43 – 60.
\nBorchardt, D (1999): Niederschlagsbedingte Gew\u00e4sserbelastungen: Wie k\u00f6nnen Probleme identifiziert und Ma\u00dfnahmen beurteilt werden? In: Fuchs, St. und H. H. Hahn: Schadstoffe im Regenabfluss IV. Schriftenreihe des ISWW Karlsruhe 96, 173-192.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die durchgef\u00fchrten Untersuchungen (Messungen und Modellrechnungen) zeigten f\u00fcr den Abwasserverband Limburg, dass ein Ausbau der Mischwasserbehandlung – \u00fcber die Normalanforderungen hinaus – zun\u00e4chst keine entscheidende Verbesserung der Gew\u00e4sserg\u00fcte erwarten l\u00e4sst. Auf der Basis der vorliegenden Ergebnisse wird daher der Ausbau nach dem Stand der Technik empfohlen (Szenario 1).
\nBedingt durch die Stauregulierung stellte sich der Sauerstoffgehalt als empfindliche Gr\u00f6\u00dfe im Gew\u00e4sser dar. Da kurzzeitig kritische Situationen bei ung\u00fcnstigen Randbedingungen theoretisch m\u00f6glich sind, wird eine erg\u00e4nzende Eigen\u00fcberwachung an den wichtigsten Mischwasserentlastungsbauwerken empfohlen.
\nDie Kl\u00e4ranlage Limburg erf\u00fcllt in Ihrem derzeitigen Zustand die Anforderungen hinsichtlich der Emissionsgrenzwerte. Eine Erweiterung ist nicht notwendig.
\nAm Untersuchungsgebiet wurde beispielhaft die Grundlagenermittlung sowie eine weitergehende Erhebung von Daten dargestellt. Die Methodik der Erhebung, Datenauswertung sowie der Datenverwendung kann auf \u00e4hnlich gelagerte Problemstellungen \u00fcbertragen werden.
\nEs wird aufgezeigt, welche Daten sinnvollerweise zu erheben sind und wie diese f\u00fcr Bilanzierungen oder Modellrechnungen aufbereitet werden k\u00f6nnen.
\nDer Begriff Effizienz ist im vorliegenden Fall in erster Linie im Zusammenhang mit der Grundlagenermittlung zu sehen. Der erh\u00f6hte Aufwand f\u00fcr die Problemidentifikation (Messungen und Modellierung) im Gesamtsystem unter Ber\u00fccksichtigung der \u00f6rtlichen Verh\u00e4ltnisse und die damit verbundene gew\u00e4sserbezogene Ma\u00dfnahmenwahl kann demnach erhebliche Einsparpotentiale bei der Umsetzung von Ma\u00dfnahmen bei gleichzeitiger Einhaltung der Umweltstandards begr\u00fcnden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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