Projekt 22338/01

Entwicklung und Optimierung eines mehrstufigen Reinigungssystems für Straßen- und Parkplatzabläufe in urbanen Gebieten zur Abflussdämpfung (Hochwasserschutz)

Projektträger

HUBER SE
Industriepark Erasbach A 1
92334 Berching
Telefon: 08462/201-505

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aufgrund ökologischer und ökonomischer Betrachtungen wird heute versucht, anfallende Niederschläge immer häufiger dezentral zu bewirtschaften. Die Versickerung von Niederschlägen vor Ort ist dabei ein wesentlicher Aspekt. Niederschlagsabflüsse von Metalldächern, Straßen-, Hof und Parkplatzflächen sind jedoch mit einer Vielzahl an anorganischen und organischen Stoffen belastet. Ein Versickern ohne vorherige Reinigung kann zu einer Kontamination von Boden und Grundwasser führen. Bei ausreichend verfügbarer Versickerungsfläche ist eine Vorbehandlung durch eine Versickerung über einen bewachsenen Oberboden allgemein anerkannt. Die Stoffe akkumulieren dann im Boden, wodurch dieser zu Sondermüll wird. Ist eine solche Versickerungsfläche nicht vorhanden, wie beispielsweise in stark versiegelten Ballungsgebieten, kann diese Methode nicht angewendet werden. Derzeit stehen jedoch keine technischen Ausführungen für Platz sparende Behandlungsanlagen zur Verfügung, die eine Entfernung von Schad-stoffen aus stark stofflich belasteten Verkehrsflächenabflüssen in dem Maße gewährleisten, dass eine Kontamination des Bodens und Grundwassers ausgeschlossen werden kann.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines unterirdischen Behandlungssystems für verunreinigte Niederschlagsabflüsse von stark belasten Verkehrsflächen in Ballungsgebieten. Das entwickelte Behandlungssystem soll einen
Beitrag zur Umweltentlastung liefern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas entwickelte Behandlungssystem besteht aus drei Funktionsteilen: Grobfiltration durch eine spezielle Rinne, Entfernung von Partikeln durch einen Hydrozyklon und anschließende Filtration durch eine Filtereinheit, bestehend aus einer Edelstahl-Tragkonstruktion und speziellen Filtermedien zur Entfernung der gelösten Schadstoffe. In zwei Projektstufen wurde das Behandlungssystem optimiert und technisch umgesetzt: In der ersten Phase wurden die Einzelkomponenten des Systems im Labormaßstab optimiert. Hierzu wurden Versuche zur unterschiedlichen hydraulischen und stofflichen Belastungen unter anderem mit realen Verkehrsflächenabflüssen durchgeführt. In der zweiten Projektphase wurde eine Pilotanlage im technischen Maßstab an einer stark befahrenen Straße im innerstädtischen Bereich in München ein-gebaut und über einen Zeitraum von einem Jahr betrieben und wissenschaftlich begleitet. Nach dem Be-probungsjahr sollten Aussagen über die Eliminationsleistung bezüglich des Rückhalts der Schadstoffe sowie über Wartung und Kosten getroffen werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im ersten Schritt wurden die Einzelstufen der Behandlungsanlage in Laborversuchen optimiert. Im Fokus lagen insbesondere die Optimierung der Entwässerungsrinne mit Sedimentation sowie die Optimierung des Filtermaterials zum Rückhalt von gelösten Stoffen. Zur Optimierung der Entwässerungsrinne wurden Versuche mit Partikeln definierter Größe sowie mit realen Verkehrsflächenabflüssen durchgeführt. Dabei wurde die Entwässerungsrinne mit Porenbeton und Lochblechen sowie mit unterschiedlichen Schikanen zur Verbesserung der Sedimentation versehen. Aus den Ergebnissen der Untersuchung konnte ein Sys-tem, bestehend aus einem Lochblech zur eigentlichen Entwässerung sowie gelochte Schikanen in der Sedimentationsstrecke als optimal herauskristallisiert werden. Versuche mit realen Verkehrsflächenabflüssen mit Entwässerungsrinne und Hydrozyklon zeigten, dass der Hydrozyklon lediglich eine Verbesserung des Rückhalts der partikulären Stoffe von zusätzlichen 10 % ermöglicht. Zur Optimierung des Filtermaterials wurden Säulenversuche mit unterschiedlichen Materialien durchgeführt. Ein spezieller Filterkoks hat sich dabei als optimal zum Rückhalt der gelösten Stoffe erwiesen.
Im zweiten Projektjahr wurde die Behandlungsanlage aufgrund der Ergebnisse aus dem ersten Jahr technisch in Form von einer Pilotanlage an einer verkehrsreichen Straße in München umgesetzt. Die Pilotanlage wurde für ein Jahr wissenschaftlich begleitet. Die Pilotanlage ist Platz sparend unterirdisch angeordnet, benötigt keinen Stromanschluss, wenig Wartung und ist kostengünstig.
Die Pilotanlage hat sich im täglichen Betrieb bei unterschiedlichsten Witterungsbedingungen, auch bei Streusalzbelastung, als robust erwiesen. Es traten keine Betriebsstörungen oder Beschädigungen von Anlagenteilen auf. Insbesondere ergaben sich keine Verstopfungen von Filtern, Einläufen oder Leitungen. Ebenfalls traten keine Verstopfungen von Anlagenteilen auf. Der Notüberlauf wurde nie in Anspruch genommen, d.h. der gesamte Durchfluss wurde durch das Filtersystem behandelt.
Im Rahmen der durchflussgesteuerten Probenahme konnten 24 Regenereignisse (11% des Gesamt-durchflusses) komplett beprobt werden. Beprobt wurden der unbehandelte Verkehrsflächenabfluss, der grob gereinigte Zulauf nach Passieren der Entwässerungsrinne sowie der Ablauf des Filterschachts mit Hydrozyklon und Filtereinheit. Analysiert wurden Schwermetalle, TOC, PAK sowie suspendierte Stoffe.
Die stoffliche Belastung der unbehandelten Verkehrsflächenabflüsse war so hoch, dass eine Behandlung erforderlich war. Die beprobten Niederschlagsereignisse zeigten keinen ausgeprägten First Flush Effekt bezüglich der analysierten Stoffe. Es bestand überwiegend eine nahezu kontinuierliche Verteilung der Massen über die jeweiligen Regenereignisse. Eine ausschließliche Behandlung nur des ersten Teils der Abflüsse ist demnach nicht zu vertreten.
Die Reinigungsleistung der Pilotanlage erwies sich als sehr gut. Bereits in der Entwässerungsrinne mit Sedimentationsstrecke wurde ein hoher Anteil an Partikel gebundener Schadstoffe zurückgehalten.
Der Filterschacht mit Hydrozyklon und Filtereinheit bewirkte im Folgenden eine weitergehende Reinigungsleistung, dass die Schadstoffkonzentrationen im Ablauf des Behandlungssystems unterhalb der Prüfwerte der BBodSchV für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser lagen. Die meisten analysierten Pa-rameter lagen in Ablauf des Filtersystems unterhalb der Bestimmungsgrenze. Der Ablauf war während der Betriebszeit nahezu wasserklar.
Demnach konnte das im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelte Behandlungssystem erfolgreich im technischen Maßstab an einer viel befahrenen Straße in München umgesetzt und praktisch erprobt wer-den. Damit steht ein Behandlungssystem mit geringem Platzanspruch speziell für hochbelastete Ver-kehrsflächenabflüsse für den Einsatz in urbanen Gebieten zur Verfügung. Mit dem Behandlungssystem wird es ermöglicht, Schadstoffe gezielt zurückzuhalten und so eine Kontamination von Boden und Grundwasser zu vermeiden. Bei Einsatz des dezentralen Behandlunssystems vor einer Versickerung ist die Abkopplung auch stark stofflich belasteter Verkehrsflächen vom Kanalsytems möglich. Der Eintrag von Schwermetallen in Gewässer und Böden über Misch- und Trennkanalisation könnte damit wesentlich gesenkt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Untersuchungen sowie die Pilotanlage wurden auf drei Tagungen präsentiert. Ein Vortrag auf einer weiteren DWA-Fachtagung in 2008 ist bereits angenommen. Zwei Veröffentlichungen in Tagungsbänden sind bereits entstanden, drei Publikationen in referierten, internationalen sowie einer deutschen Fachzeitschriften sind in Vorbereitung. Das Behandlungssystem wird auf der IFAT 2008 vor-gestellt.


Fazit

Im Forschungsvorhaben konnte ein neuartiges dezentrales System zur Behandlung von stofflich belaste-ten Verkehrsflächenabflüssen entwickelt und technisch umgesetzt werden. Die Anlage kann im Ablauf die Prüfwerte der BBodSchV für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser sicher einhalten. Damit ist eine Versickerung belasteter Verkehrsflächenabflüsse ohne eine Gefährdung für Boden und Grundwasser nach der Behandlung in der Anlage möglich. Aufgrund seiner unterirdischen Anordnung ist sie Platz spa-rend und kann in Ballungsgebieten eingesetzt werden.

Übersicht

Fördersumme

109.574,00 €

Förderzeitraum

11.07.2005 - 11.07.2007

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Landnutzung
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik