Siedlungswasserwirtschaft und Siedlungsabfallwirtschaft - Vorlesung - 11.12.2008

Siedlungswasserwirtschaft und Siedlungsabfallwirtschaft

Vorlesung 6 ?

11.12.2008

Regenwasserbehandlung im Trennsystem
Alternative Entwässerungssysteme
Regenwasserversickerung
(V06-1 GW1-Regenwasserbewirtschaftung WS07-08.pdf)

Inhalt der Vorlesung (natürlich wie immer im Eiltempo)

Regenwasserbehandlung

• beim Trennsystem Regenklärbecken (RKB)
• dem ist ein Bodenfilter nachgeschaltet

Rückhalt von Niederschlagswasser

• z.B. um Regenspitzenereignisse zu puffern

Modifiziertes Entwässerungssysteme

• Konzeptionelle Veränderungen in der Siedlungswasserwirtschaft

Anlagen zur Versickerung

• ...

Regenwasserbehandlung beim Trennsystem

Niederschlag

• nicht behandlungsbedürftig

• normal verschmutzte Flächen
• Drainage- und Bachwasser

• behandlungsbedürftig

• stark verschmutzte Flächen
• empfindliche Gewässer

Funktion von Regenklär- und Regenrückhaltebecken
(in Anlehnung an Nordwalde-Ratssitzung)

• Regenklärbecken werden z.T. als nicht ständig gefülltes Rundbecken in Ortbetonbauweise erstellt

• Das zu behandelnde Niederschlagswasser wird sohlgleich in das Becken eingeleitet

• Ablauf befindet sich ca. 1,70 m über der Zulaufhöhe

• Das Regenwasser gelangt über den Klärüberlauf in das Regenrückhaltebecken

• Die Drosselung des zu behandelnden Abwasserstroms findet im Ablauf des Klärüberlaufs

• Das in die Kläranlage zu transportierende verschmutzte Regenwasser wird dem Schmutzwasserpumpwerk mengenbegrenzt zugeführt

• Die Wasserstände werden im Pumpwerk, im Regenklärbecken und in der Ablaufkammer des Regenüberlaufes des RKB gemessen und abgeglichen

• Das Regenbecken wird nicht ständig entleert. Die Entleerung richtet sich nach dem Füllstand des Regenklärbeckens und dem Wetter.

Kosten:

• Regen- und Schmutzwasserkanalisation: ca. 496.000,00 €
• RKB und RRB: ca. 393.000,00 €
• Technische Ausrüstung RKB: ca. 92.000,00 €
• Ingenieurleistungen: ca. 73.000,00 €
• Gesamtkosten: ca. 1.054.000,00 €

Prinzipskizze des RKB unbedingt verstehen

• Ein Regenklärbecken (RKB) ist ein Absetzbecken zur Behandlung von verschmutztem Regenwasser im Trennsystem mit integrierter Leichtstoffabscheidung.
  

• SW-Kanal = Schmutzwasserkanal
  
• BÜ = Beckenüberlauf
  
• EK(BÜ) = ?
  
• ABw = Abwasser ?
  
• EBw = ?
  
• VBw = ?
  
• KÜ = Klärüberlauf
• EK(KÜ) =
• Q(zu) = zugeführte Regenmenge
  

• solange Q(zu) kleiner als Q(RKB) ist, gelangt sämtlich verschmutztes Regenwasser vom Kanalnetz kontinuierlich (sohlgleich) über ein Einlaufbecken (EB) in das RKB

• ein Drosselschieber begrenzt den Wasserstrom

• ist Q(zu) größer als Q(RKB), wird das überschüssige Regenwasser im EB über ein Beckenüberlauf BÜ direkt in ein nahstehendes Gewässer (Vorfluter) geleitet

• der Nachteil: dieses Wasser ist nicht gereinigt
• der Vorteil: das RKB wird nicht überlastet, die Sedimentation nicht gefährdet

• im RKB selber befindet sich eine Sedimentationskammer (SeKa), das eigentliche Herzstück, wo die Sedimentation der Schwebeteilchen stattfindet

• am Grund / Boden befindet sich eine Pumpe, die den Schlamm in den Schmutzwasserkanal oder direkt zur Kläranlage befördert

• das RKB selber hat auch einen Klärüberlauf RKÜ, der das Wasser nach der Oberflächenbeschickung direkt zu einem Gewässer leitet => dieses Regenwasser ist somit physikalisch durch Sedimentation vorgereinigt

Bemessung von Regenklärbecken (RKB)

• wenn die die maximale hydraulische Beschickung von (10m/h) = (10m³ /(m²*h)) überschritten wird, dann lässt die Effektivität der Sedimentation nach
  

• auch im Trockenwetterabfluss gibt es Fremdwasser Qf, z.B. alte Bachverläufe etc.

• Oberfläche ist für Sedimentation entscheidend, nicht so sehr die Tiefe (ab 2m)

• man braucht also im Prinzip nur die abflusswirksame undurchlässige Fläche Au in ha berücksichtigen

Maßgebende Regenabfluss

• Qkrit = r * Au [l/s)

• r(krit) = kritische Regenspende 15 l/(s*ha)
• Au = abflusswirksame, undurchlässige Fläche
  

Bemessungszufluss

• Q(RKB) = Q(R) + Q(F) [l/s]

Nutzbare Beckenoberfläche

• A(RKB) = 3,6 Q(RKB) / qA [m²)

• Cave:
  
• hydraulische Oberflächenbeschickung => qA (<) 10 m/h
• nutzbare Beckentiefe T (>) 2m
• Beckenvolumen V (>) 50 m³
• Verhältnis Länge zu Breite: 3:1
  

Nachbehandlung

• Nachbehandlung von solchen RKB ist notwendig: Schlamm muss zwischendurch raus
• besondere Bedeutung hat: BÜ => Drossel
• wir befinden uns mitten im Netz
• manchmal ist kein Betriebspersonal vor Ort
• viele Verfahren müssen darauf eingestellt sein

• Lösung: Filter können hiner Regenüberlauf nachgeschaltet werden

sie erfüllen zwei Funktionen:

• Filtration (physikalisch)
• biologisch / mechanische Reinigung
  

• Filter können auch Wochen ohne Wassser funktionstüchtig bleiben
• Filterschichten: 0.5-1,2 m
  

• Drainagerohre ins Gewässer => können bis zu 2 Jahren ohne Behandlung auskommen
• Bodenfilter: Drainschichten
• Bodenfilter haben teilweise einen hohen Platzbedarf, sie sind umzäunt und dürfen nicht, außer dem Dienstpersonal betreten werden
• nicht alle sind unbedingt ein naturnahes Bauwerk

Ziele der Regenwasserrückhaltung

• keine Reinigung
• damit das Kanalnetz nicht überdimensioniert wird
• Schutz vor hydraulischer Überbelastung => hydraulischen Stress mindern => viele Regenereignisse haben am Anfang eine hohe Intensität
  
• Erschließung von neuen Baugebieten

weitere Stichwörter (ungeordnet):

• wie ermittle ich ein Speichervolumen
• Volumen über Zeit: Aufsummation
• Durchfluss ist nicht konstant
• RÜB sowohl im Misch- als auch im Trennsystem
• RRB = Regenrückhaltebecken

Graphische Ermittlung der Bemessung

• konstante Durchflusslinie (theoretisch) parallel zum Maximum eines natürlichen Regenereignisse verschieben
• graphische Bemessung des Volumens also möglich

• Drosselbemessung => Rest staut sich im Becken an
• bedenke: auch im Trockenwetter kommt Wasser

Prinzipskizze: unterirdisches RRB

• teuer
• bei Überschreiten des Standziels => Notüberlauf
• ansonsten Abfluss mit Drossel
• auch Stahlbetonrohre (>) DN 3000, liegen nebeneinander
• oder Becken in Stahlbetonweise (Bauwerk)
• es können auch Mulden genutzt werden
• sind in Siedlungsgebieten technisch anspruchsvoll und teuer

Entwässerungsphilosophie:

• früher, im letzten Jahrhundert, wollten man jedes Regen- und Niederschlagswasser vollständig und schnell aus den Siedlungen entfernen, wegen Ansteckungsgefahr und Geruchsbelästigung)

• heute gibt es Kritik an diesem Syste, das diese Vorgehensweise die Gewässer belastet
• es wurden Kläranlagen gebaut, und neue K0nzepte erdacht

• heute steht man vor einem weiteren Problem:

Folgen der zunehmenden Versiegelung der Städte

1. Bodenspeicherung nimmt ab
2. Verdunstung nimmt ab
3. Kleinklima verändert sich
4. Grundwasserneubildung verringert sich
5. vieles saubere Regenwasser wird sofort gefasst => ab in die Kläranlage => bräuchte es aber gar nicht, da ein hoher Anteil nicht verschmutzt ist => Kosten für Kläranlagen steigen

• dies ist ein mitteleuropäisches Problem da es hier viel regnet und die Städte nahezu vollständig versiegelt sind, trotz der Beteuerung von Städten und Kommunen, diesem Trend entgegenwirken zu wollen

Gründe für und gegen neue Systeme

• man kann ein Kanalnetz nicht kurzfristig planen und erneuern
• u.U. muss man Laufzeiten von Jahrzehnten in Kauf nehmen
• Befestigungsgrad verändert sich

Wasserhaushalt befestigter und unbefestiger Flächen

unbefestigt

• große Pflanzen- und Bodenverdunstung
• geringer Oberflächenabfluss
• große Grundwasserneubildung

befestigt

• geringe Pflanzen- und Bodenverdunstung
• großer und rascher Oberflächenabfluss
• geringe Grundwasserneubildung

Modell:

0% Versiegelung

• 24 % GW-Neubildung
• 13 % Oberflächenabfluss
• 63 % Verdunstung

100 % Versiegelung

• 0% GW-Neubildung
• 70 % Oberflächenabfluss
• 30 % Verdunstung

Fazit: die negativen Folgen eines zunehmenden Versiegelungsgrades sind nicht erwünscht !

• Je höher also die Versiegelung, desto höher ist auch die Hochwasserspitze, sie kommt früher und steigt viel schneller an
  

• für Versiegelungsgrade von 10-40 % nimmt sie dramatische Formen an

• Verringerung des Versiegelungsgrad ist erwünscht

( Was haben Japan und Deutschland gemeinsam: sie werden zu Beton- und Steinwüsten ;-)

Tendenz
=> man geht zu Modifizierten Entwässerungssystemen über

Fragestellungen

• wie gehe ich mit nicht-behandlungsdürftigem Niederschlagswasser um ?
• Wie verhindere ich, dass dieses in die Kläranlagen gelangt ?
  

Voraussetzung: getrenntes System

• von den einzelnen Grundstücken direkte Ableitung in nah gelegene Gewässer
• Nutzung für Toilettenspülung und Waschmaschinen
• Dach, Fallrohre => Ableitung in den Garten
• Regentonne

Modifiziertes Trennsystem

• wir haben einen RW-Kanal für behandlungsbedürftiges Regen- bzw. Niederschlagswasser
• zusätzlich existiert noch eine SW-Kanal für Schmutzwasser

Möglichkeiten der Versickerung

• Regenwasser sollte genutzt werden
• Autowäsche ist insofern problematisch, als dass z.B. Ölrückstände mit in die Kanalisation gelangen
• hohe Investitionskosten für Kommunen

Dezentrale Entwässerung

• wichtigste Frage: kommen die Privateigentümer auch der ordnungsgemäßen Inspektion und Instandhaltung der Versickerungsanlagen nach ?

• es gibt einige rechtlich-organisatorische Hürden => Kollision mit Privateigentümern
  

• es gibt genügend versicherungstechnische und juristische Dinge, die nicht so trivial sind: wann darf man auf privates Grundstück gehen, wie soll man den Bürger auf seine wasserrechtlichen Pflichten aufmerksam machen, wie sind Sanktionen durchzusetzen ?

• besonders Eigentumgemeinsschaften sind manchmal mit Vorsicht zu genießen

Schutz des Grundwassers

• GW-Schutzzonen
• GW-Abstand: muss größer als 1m sein zur Sohle der Versickerungsanlage

• 0,2 m starke Bodenzone

• bei Einleitung in den Boden => genügend großer Abstand von Gebäuden, ansonsten besteht die Gefahr, dass z.B. der Keller unter Wasser gerät

Hydrogeologische Voraussetzung für die Versickerung

• abhängig vom kf-Wert
• dieser liegt für sickerfähige Böden zwischen 10^-3 und 10^-6

Verteilungskarte von Böden für Deutschland

• besonders in Bayern und Ostdeutschland gibt es gute Sandböden

• manche Böden sind aber derart sickerfeindlich, dass sie nach einem Regenereignis matschig werden

• Prof. hat z.B. einige Jahre im Stuttgarter Raum gewohnt, nach einem Regenereignis war es sehr schwer, in einem Wald spazieren zu gehen

• auch in der Eifel gibt es viele sandigen Lehmboden => für die Versickerung ungünstig !

Arten der Versickerungsanlagen

• Muldenversickerung
• Rigolenversickerung
• Retentionsraum
• Sickergräben
• Spurwege
  

Flächenversickerung

• Rasengittersteine
• teilbefestigte Oberfläche
• Betonpflaster
• Prinzip - Schüttmuldenversickerung

Rigolenversickerung

• Gräben mit Kies, in das Regenwasser eingeleitet wird
• Kiespackungen stellen Speichervolumen dar
• von dort aus versickert es weiter in die tiefer gelegenen Bodenschichten

Retentionsraumversickerung

• Dachflächen
• Künstliche Tümpel
• Gartenteiche
  

Wichtiger Hinweis:

• viele Daten entstammen einer Quelle: "Neue Wege für das Regenwasser"
• ist das Standardwerk von einem Professorkollegen geschrieben

• Berufprüfung für Klärwerkfachmann und frau