Projekt 28940/02

Entwicklung von Prüfverfahren für Anlagen zur dezentralen Niederschlagswasserbehandlung im Trennverfahren – hier: Verifikation der Prüfverfahren

Projektträger

Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) Stabsstelle Forschung und Innovation
Theodor-Heuss-Allee 17
53773 Hennef
Telefon: +49 2242 872142

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen des DBU-Vorhabens Entwicklung von Prüfverfahren für Anlagen zur dezentralen Niederschlagswasserbehandlung im Trennverfahren wurden Prüfverfahren für die bauaufsichtliche Zulassung dezentraler Anlagen in einem ersten Schritt theoretisch entwickelt [DWA, 2010]. Von den entwickelten Prüfverfahren sollen wichtige Impulse für den Einsatz dezentraler Behandlungsanlagen ausgehen und die Entwicklung effizienter, standardisierter Anlagen vorangetrieben werden. Mit den Prüfverfahren werden Bewertungsstandards geschaffen, die den zukünftigen Stand der Technik maßgeblich mitbestimmen.
Im oben genannten Projekt wurden acht Vorschläge für Prüfverfahren formuliert. Eine versuchstechnische Überprüfung der Prüfmethodik fand bisher noch nicht im notwendigen Umfang statt. Der Fachbeirat des ersten Projekts hat sich auf der Abschlusssitzung am 9.7.2010 in Düsseldorf daher für eine Überprüfung der erarbeiteten Prüfverfahren im Sinne einer Verifizierung im Prüfstand ausgesprochen. Die Verifizierung ist Ziel des beantragten Projekts. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen in die Regelwerksarbeit der DWA eingebunden werden und damit eine richtungsgebende Wirkung entfalten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenArbeitspaket 1: Laborpraktische Verifikation
Das Arbeitspaket 1 umfasst die laborpraktische Verifikation der Wirksamkeitsprüfung für eine Behandlungsanlage gemäß zweier Laborprüfvorschriften. Die Verifikation wird an der Anlage Hydrosystem 1000 heavy traffic der Firma 3P Technik vorgenommen. Zu diesem Produkttyp liegen bereits erste versuchspraktische Erfahrungen vor, die einen guten Vergleich zu den hier geplanten Untersuchungen zulassen.
Arbeitspaket 2: Implementierung der Erkenntnisse in Prüfverfahren und Optimierung
Das Arbeitspaket beinhaltet den Abgleich zwischen der bisher vorgeschlagenen Prüfvorschrift mit den aus versuchspraktischer Sicht erforderlichen Angaben. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in die vorgeschlagenen Prüfverfahren eingearbeitet.
Arbeitspaket 3: Ergänzende Säulenversuche zum Schwermetallrückhalt
Es ist nicht geklärt, ob die geplante Methodik zur Untersuchung des Schwermetallrückhalts zu reproduzierbaren Ergebnissen führt. Deshalb sollen ergänzende Säulenversuche mit verschiedenen Substraten unter den vorliegenden Prüfbedingungen durchgeführt werden. Bei positiver Wiederholbarkeit und einer weitgehenden Unabhängigkeit vom Substrat ließe sich eine zielführende Schwermetallprüfung endgültig formulieren.
Arbeitspaket 4: erste Vorschläge zur Prüfung der Kolmationsneigung
In den bisherigen Prüfvorschriften werden mögliche Kolmationseffekte der Behandlungsanlagen durch einen vermehrten Feststoffeintrag nicht geprüft. Die Einflussfaktoren zum Auftreten und zum Ausmaß einer möglichen Kolmation unter Betriebsbedingungen sollen im Arbeitspaket 4 zusammengestellt und bewertet werden. Dies bildet dann die Grundlage für erste theoretische Vorschläge einer Prüfung der Kolmationsneigung.


Ergebnisse und Diskussion

Arbeitspaket 1 und 2: Verifikation des Prüfverfahrens
Die AFS-Untersuchungen an der Fachhochschule Münster zeigten, dass die Versuche nach den DIBt-Zulassungsgrundsätzen (2011) standortunabhängig zu den gleichen Ergebnissen führen. Der Vergleich mit den Versuchen der LGA in Würzburg zeigen in den Gesamtwirkungsgraden keine bzw. nur sehr geringe Abweichungen. Die Abweichungen zwischen der LGA und der FH Münster liegen zwischen 0,8 bis maximal 1,5%-Punkten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die AFS-Untersuchung reproduzierbar ist und zzt. keiner ausführlicheren Beschreibung oder Optimierung unterliegen muss.
Die MKW-Untersuchung am Standort Münster zeigte in der ersten Durchführung Abweichungen gegenüber den Ergebnissen der LGA. Als Ursache konnte die Lagerungszeit der MKW-Proben identifiziert werden. Weitergehende Untersuchungen zeigten, dass bei einer Lagerungszeit von bis zu 48 Stunden nach der Probennahme gleiche Analyseergebnisse erzielt werden.
Ein weiterentwickeltes Probennahmekonzept aus einem vom MKULNV geförderten Vorhaben [Schmitt et al., 2011] zeigte, dass die Werte der Doppelbeprobung nach diesem Konzept dicht bei einander liegen. Der Gesamtwirkungsgrad der Untersuchungen an der FH Münster liegt im Bereich der bereits durchgeführten Referenzversuche an der LGA Würzburg.
Es wird empfohlen, die Probenahme und besonders die Analyse der Proben in der Prüfvorschrift detaillierter zu beschreiben.
Die Schwermetall-Untersuchung an den Filtersäulen zeigte bei der ersten Versuchsdurchführung Unterschiede in den Ergebnissen. Ursache könnte eine Verdichtung der Filtersäulen sein oder die Ausfällung der Schwermetalle im Zulaufwasser. Eine zweite Durchführung der Versuche liefert Ergebnisse, welche im Bereich der Ergebnisse der LGA in Würzburg liegen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anmischung des Zulaufwassers, sowie der Aufbau der Filtersäulen einschließlich Lagerungsdichte in der Prüfvorschrift detaillierter beschrieben werden müssen.
Arbeitspaket 3: Ergänzende Säulenversuche zum Schwermetallrückhalt
Die Untersuchung wurde für drei unterschiedliche Materialien (1. Zeolith und Aktivkohle, 2. Kalksand mit GEH, 3. Kalksand und Porenbeton) und jeweils zwei verschiedenen Säulendurchmessern (DN 100, DN 16) durchgeführt. Material und Säulenaufbau entsprach typischen dezentralen Anlagen. Die Untersuchung zeigte, dass das Wirkprinzip des Schwermetallrückhaltes Skaleneinflüsse aufweist. Bei Materialien mit dem Wirkprinzip Fällung ist der Unterschied der Ergebnisse bei verschiedenen Säulendurchmessern gering. Weiterhin zeigt sich hier die gute Wiederholbarkeit der Ergebnisse in der Schwermetallprüfung. Bei Untersuchungen zum Schwermetallrückhalt mit Ionenaustausch ist der Effekt der unterschiedlichen Säulendurchmesser deutlich erkennbar. Der Rückhalt sowohl des Zinks als auch des Kupfers ist in der Säule mit DN 16 um etwa 10% geringer als in der Säule mit DN 100. Für die Untersuchung des Schwermetallrückhalts wird daher ein Mindestdurchmesser von 10 cm empfohlen.
Arbeitspaket 4: erste Vorschläge zur Prüfung der Kolmationsneigung
Ausgewertete Betriebsdaten aus Forschungsprojekten und im Betrieb befindlichen Anlagen zeigen, dass eine Kolmationsneigung sowohl von den Zulaufbedingungen im Einzugsgebiet als auch vom eingesetzten Anlagentyp abhängt. Eine Vorab-Prüfung ist somit nicht geeignet, die Kolmationswahrscheinlichkeit einer Anlage aufzuzeigen. Als Alternative existieren zwei Möglichkeiten: Zum einen eine Definition eines in-situ Prüffeldes, das möglichst worst-case Bedingungen abbildet und eine relative Kolmationsneigung im Vergleich zu einer wenig kolmatierenden Anlage ermittelt oder die Erzeugung von umfassenden Daten zur Betriebsüberwachung mit einheitlichen Untersuchungsmethodiken an vielen Standorten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden wie folgt präsentiert und veröffentlicht:
2 Beiträge auf der internationalen Konferenz NOVATECH, Lyon (23.-27.6.2013)
1 Beitrag auf den DWA-Regenwassertagen 11./12.6.2013 in Freiburg
2 Publikationen in Fachzeitschriften (Korrespondenz Abwasser, Water Science and Technology), geplant


Fazit

Die experimentelle Validierung des Prüfverfahrens kann hinsichtlich der AFS-Untersuchung als reproduzierbar angesehen werden. Bei der MKW-Untersuchung stellte sich die Lagerungszeit der Proben als Einflussgröße heraus. In die Prüfvorschrift sollte daher eine maximale Lagerungszeit der Proben von 48 Stunden aufgenommen werden. Die Schwermetallprüfung kann als reproduzierbar angesehen werden, wenn die Lagerungsdichte des Filtermaterials gleich ist. Die Prüfvorschriften sollten hierzu klare Empfehlungen geben und Ermittlung der Lagerungsdichte des Filtermaterials aufnehmen. Die Prüfung des Schwermetallrückhalts sollte an Filtersäulen mit einem Durchmesser von mindestens 10 cm durchgeführt werden. In diesem Punkt ist die bestehende Prüfvorschrift bestätigt worden. Die Kolmationsneigung kann labortechnisch nicht geprüft werden. Der Einfluss des Einzugsgebietes sowie der Anlagenart haben großen Einfluss auf die Kolmationsneigung, hier sind dringend weitere Untersuchungen im Betrieb notwendig. Quelle: Schmitt, T.G.; Welker, A.; Dierschke, M.; Arnold, G.; Wahrmund, D. (2011): Entwicklung und Validierung von Prüfverfahren für dezentrale Niederschlagswasserbehandlungsanlagen. Im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (MKULNV) NRW. Bearbeitung: TU Kaiserslautern; FH Frankfurt; TÜV Rheinland LGA Products GmbH, Würzburg; DIBt, Berlin. Kaiserslautern, August 2011, unveröffentlicht.

Übersicht

Fördersumme

56.418,00 €

Förderzeitraum

07.03.2012 - 06.11.2012

Internet

www.dwa.de

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Naturschutz
Ressourcenschonung
Umwelttechnik