Projekt 21914/01

Entwicklung eines Konzeptes für die Schmutzfrachtbewirtschaftung zur Reduzierung der Gewässerbelastung aus Mischwassernetzen und Kläranlagen am Beispiel des Kanalisationsnetzes und des zentralen Klärwerks der Stadt Gießen

Projektträger

iaks GmbH
Hindelanger Str. 35
87527 Sonthofen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist die Reduzierung der Gewässerbelastung aus Entwässerungssystemen durch deren intelligente Bewirtschaftung unter Berücksichtigung der Schmutzfracht.
Kanalisationsnetze werden überwiegend mit starr eingestellten Drosselabflüssen betrieben. Zudem werden die Schmutzfrachten in den Netzen wohl beim Nachweis der Mischwasserbehandlung rechnerisch berücksichtigt, i.d.R. jedoch nur mit Standardwerten und geringen Anpassungen an die Realität. Auch die projektspezifische Situation bzgl. des Verhaltens der Schmutzstoffe im Kanal werden wenig betrachtet.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn diesem Projekt werden Möglichkeiten zur Reduzierung der Emissionen aus Entwässerungssystemen, am Beispiel des Kanalisationsnetzes und der Kläranlage der Stadt Gießen, untersucht.
Es werden verschiedene Varianten zur Abflusssteuerung des Entwässerungssystems, auch auf der Basis von Simulationen, berechnet. Zur Untersuchung der Ursachen und der Entstehung von über dem Durchschnitt liegenden Schmutzfrachtwerten werden Messungen der Schmutzkonzentrationen an verschiedenen Stellen im Netz durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen werden bei der Aufstellung der Steuerungskonzepte berücksichtigt.
Mit Hilfe von Kläranlagensimulationen werden die Auswirkungen der verschiedenen Steuerungsvarianten auf die Kläranlage untersucht. Damit wird sichergestellt, dass die Emissionen des Gesamtsystems verbessert werden und nicht nur eine Verlagerung der Emissionen aus dem Kanalisationssystem auf den Kläranlagenablauf stattfindet.
Wesentliche Ursache für Schmutzfrachtspitzen sind Ablagerungen im Kanalnetz, die in bestimmten Situationen, z.B. bei Mischwasserbeaufschlagung oder bei Beckenentleerungen, aufgewirbelt und mitgerissen werden. Es sollte verhindert werden, dass diese Schmutzfrachtspitzen ins Gewässer ausgetragen werden oder dass sie negative Auswirkungen auf den Kläranlagenbetrieb haben. Möglichkeiten hierfür liegen z.B. in der Beseitigung der Ablagerungen schon im Trockenwetterfall, z.B. durch Schwallspülungen, oder in der Beeinflussung des Kläranlagenzulaufs in Abhängigkeit von der aktuellen Kläranlagenkapazität.


Ergebnisse und Diskussion

Mit den Simulationswerkzeugen Loopsim, Awaopt und Kansim konnten die Auswirkungen von neun unterschiedlichen Abflußsteuerungsvarianten auf das sogenannte Kurznetz bei vier ausgewählten Niederschlagsereignissen untersucht, dargestellt, verglichen und quantifiziert werden. Ein wesentliches Ergebnis hierbei war, daß sich der Einfluß der Abflußsteuerung auf die Gewässer mittels eingeführter Gewässerschadenskosten quantifizieren und monetarisieren läßt. Die speziell für dieses Vorhaben geschaffenen Werkzeuge haben sich in der Anwendung auf das sogenannte Kurznetz damit ausdrücklich bewährt.

Die Untersuchungen haben auch gezeigt, wie groß das Potential für eine Steuerung insgesamt ist. Die ermittelten Einflußfaktoren auf das Steuerungspotential könnten so bei der Bearbeitung von anderen Projekten verwendet werden. Bisher wurden die Abflußsteuerung und die Kanalspülung weitestgehend unabhängig voneinander betrachtet. Die Wirkung von Schwallspüleinrichtungen ist einfach und effizient. Die lnvestitionskosten für Anschaffung und Einbau der Aggregate können jedoch erheblich sein, besonders wenn bauliche Maßnahmen oder mehrere Organe notwendig sind. In Hinblick auf die Entwicklung eines innovativen Spülorgans, das auf Grundlage eines einfachen Mechanismus, den harten Anforderungen für den Kanaleinsatz genügen und mit geringen Investitions- und Betriebskosten verbunden sein soll, wurden erste Untersuchungen durchgeführt, konnten jedoch nicht weitergeführt werden. Bisher ausgeführte Projekte zur Steuerung von Kanalnetzen beschränkten sich auf die Einbeziehung der quantitativen Parameter Wasserstand und Durchfluß. Ein wichtiges und grundlegendes Merkmal dieses Projektes ist die Betrachtung und die Einbeziehung der Schmutzkonzentrationen bzw. -frachten. Bisher wurden nur Projekte mit einer Steuerung im Regenwetterfall realisiert. In diesem Projekt sollte eine Steuerung sowohl im Regen- als auch teilweise im Trockenwetterfall erfolgen.

In Hinblick auf das Verhalten von Schmutzstoffen im Kanal konnte in diesem Projekt erwartungsgemäß kein vollständiger Modellansatz entwickelt werden. Dies ist Aufgabe der Grundlagenforschung. Hier sollen Modellansätze in Hinblick auf den praxisnahen Einsatz unter Benutzung von Messergebnissen untersucht werden. Positive Ergebnisse können hierbei auf weitere Anwendungsfälle übertragen werden. Das Spektrum der möglichen Anwendung geht über die Steuerung weit hinaus. Die Schmutzfrachtbetrachtungen haben Einfluß auf die Planung von Entwässerungssystemen, insbesondere in Hinblick auf die Emissionen in den Vorfluter. Die Quantifizierung der Schmutzfrachten und Konzentrationen gewinnt zudem in Hinblick auf die Europäische Wasserrahmenrichtlinie und das Flußgebietsmanagements weiter an Bedeutung.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Vorhaben wurde ausführlich und öffentlich auf der Abschlußbesprechung an der Fachhochschule Gießen (Fachgespräch nach AP2) am 26.11.2008 präsentiert. Zudem wurde innerhalb dieses Vorhabens eine Doktorarbeit erstellt und im Institut für Wasser und Gewässerentwicklung Herrn Prof. Dr. Hahn veröffentlicht.


Fazit

Es wurde ein Konzept für die Schmutzfrachtbewirtschaftung entwickelt. Die Erkenntnisse und Methoden wurden exemplarisch auf einen Systemausschnitt (Kurznetz) des Kanalnetzes der Stadt Gießen angewandt. Mit den Simulationswerkzeugen Loopsim, Awaopt und Kansim konnten die Auswirkungen der neun untersuchten Abflußsteuerungsvarianten auf das sogenannte Kurznetz bei vier ausgewählten Niederschlagsereignissen dargestellt, verglichen und quantifiziert werden. Ein wesentliches Ergebnis hierbei war, daß sich der Einfluß der Abflußsteuerung auf die Gewässer mittels eingeführter Gewässerschadenskosten quantifizieren läßt. Die speziell für dieses Vorhaben geschaffenen Werkzeuge haben sich in der Anwendung auf das sogenannte Kurznetz damit bewährt.

Übersicht

Fördersumme

204.353,00 €

Förderzeitraum

17.06.2004 - 15.09.2006

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Ressourcenschonung
Umwelttechnik