5. Niederschlagswasserbehandlung

Ziele der Vorlesung

• Sie kennen die Gründe, die für eine Regenwasserbehandlung sprechen.

• Sie können die Bedeutung der Regenwasserbehandlung in den siedlungswirtschaftlichen Kontext setzen.

• Sie können die verschiedenen Bauwerke unterscheiden und

• die Abwasserströme in Art, Häufigkeit und Menge den verschiedenen Zu- und Abläufen zuordnen.

• Sie verstehen die Grundlagen der Schmutzfrachtung

Probleme bei Regenwetter im Mischsystem

Betriebliche und ökonomische Probleme

• Überlastung der Kanalisation
• Überlastung der Kläranlagen

Ökologische Probleme

• Mischwasserentlastungsanlagen entlasten Regen- und auch Schmutzwasser in das Gewässer
• Mitbehandlung auf KA von nicht behandlungsbedürftigen Abwässern
• Gewässerverschmutzung
  

Maßnahmen ergreifen, Regen- und schmutzwasserableitung und -behandlung zu entkoppeln

• z.B. Mischsystem (MS) in modifiziertes MS umzufunktionieren

Gewässerbelastung aus punktuellen Einleitungen in NRW
Tabelle

Eintragspfad (Abwassermenge in Mio m³/a)

• Kommunale Abwasserbehandlung (3.228)
• Kleinkläranlagen (26)
• Regenwasserentlastung (1.453)
• Mischwasserentlastung (317)
• Industrielle Abwasserbehandlung (996)
• Gesamt NRW (6.020)

Fracht

• TOC
• N(ges)
• P(ges)
• AOX

Quelle: MUNLV

Verschmutzung de Niederschlagswassers

Quellen der Verschmutzung des Niederschlags

• Luftverschmutzung
• Oberflächenverschmutzung

Einflüsse des Kanalnetzes

• Aufwirbelung von Ablagerungen
• Abrieb der "Sielhaut"
• Hydraulischer "Spülstoß"

Herkunft von Schmutzstoffen im Niederschlagswasser

Industrie, Heizung großräumiger Transport Background führt zur Luftverschmutzung

Oberflächenakkumulation

• Regenniederschlag
• Staubniederschlag
• Verkehr
• Winterdienste

Abtragung durch

• Winderosion
• Speicherung auf Oberfläche
• Straßenreinigung
• Niederschlagsabflüsse

Schadstoffquellen von Dach- und Straßenoberflächen

Straßenoberflächen

• Benzin

Blei, Nickel, Kobalt, Platin, Palladium, Rhodium, PAK, MTB

• Bremsen

• Kupfer, Chrom, Nickel, Cadmium, PAK

• Straßenbeläge

Nickel, Mangan, Blei, Chrom, Zink, Arsen, PAK

• Straßenunterhalt

Pestizide, Salze

Dachoberflächen

• Dachbleche, Fassaden, Abflussrohre

Kupfer, Zink, Blei, Zinn

• Atmosphärische Auswaschungen

Pestizide (Atrazin)

• Flachdachisolationen

Pestizide (Mecoprop)

Schadstoffquellen von Dach- und Straßenoberflächen

Schadstoffeigenschaften:

• wassserlöslich oder mit suspendierenden Stoffen vergemeinschaftet (65-95%)
• Fracht suspendierbarer Stoffe: 350-2300 kg/(ha*a)
• (Ashley et al. 2004)

Einträge in g/(m²*a), die in die Gewässer gelangen

• Dach und Hofflächen

Blei: 4,3
Zink: 3,1

• Verkehrsflächen

Blei: 8,4
Zink: 3,9

• Gesamtfracht in Deutschland (UBA, 2005)

Blei: 98 t/a
Zink: 1.316 t/a

Schmutzstoß

Abwasserabfluss

• Durch Verdrängung des Trockenwetterabflusses (Impulstransport) kommt es zu einer Erhöhung der Fracht

Sedimente in der Kanalisation

• Erosion von Kanalsedimenten durch vergrößerte Fließgeschwindigkeiten
• Flache Einzugsgebiete

Ablagerungen an der Oberfläche

• Regen spült beispielsweise Schmutzstoffe von Straßenoberflächen und Dächern
• Kleine und steile Einzugsgebiete

Spülstoß im Mischsystem

• Messung von Mischwasser im Zufluss der Vorklärung

• "Die Frachtspitze läuft dem Durchfluss voraus"

drei Kurven während eines Regenereignisses [min]

• CSB (Schmutzkonzentration [mg CSB/ l])
• F (Frachtgut [CSB/s]
• Q (Mischwasseranfall [l/s])

• CSB: erreicht schon nach 20 min Spitze, fällt ab und steigt leicht wieder an nach 80 min
• F: steigt während des Abfalls von CSB, Spitzenwert nach 36 min, fällt gegen 0, egal wie lange das Regenereignis dauert
• Q: steigt etwas zeitverzögert, Spitzenwert nach 40 min, fällt gegen 0, egal wie lange das Regenereignis dauert

Frage: Interpretation

Ziele der Regenwasserbehandlung

im Mischsystem

• Schutz des Gewässers vor Schmutzstoffen + Abflussspitzen
• Entlastung der Kläranlagen von Abflusspitzen

im Trennsystem

• nur behandlungsbedürftiges Regenwasser
• Schutz des Gewässers vor Schmutzstoffen + Abflussspitzen

Regenbecken
nach DWA A 166

Mischsystem

• Regenüberlaufbecken RÜB
• Stauraumkanäle SK
• Filteranlagen FA

• Regenrückhalteanlagen RRA

Regenrückhaltebecken RRB
Regenrückhaltekanäle RRK
Retentionsbodenfilter RBF

Trennsystem

• Regenklärbecken RÜB
• Filteranlagen FA
• Bodenfilter BF

• Regenrückhalteanlagen RRA

Regenrückhaltebecken RRB
Regenrückhaltekanäle RRK

Anzahl, Art und Größe der Regenbecken in NRW

s. Tabelle

• geordnet nach Größe
• von <50m³ bis über 10.000m³

Mischsystem

• RÜB + SKU + SKO + SKS + RÜ + RRB + RRB(E)
• => 6.095 = 78%

Trennsystem

• RKB + RRB
• => 1.712 = 12 %

Gesamt

• => 7.807 = 100%

Bauwerke

Unterscheidung von Regenbecken nach

Funktion

• Regenüberlaufbecken
• Stauraumkanäle
• Regenrückhalteanlagen
• Regenklärbecken
• etc.
  

Art

• Fangbecken
• Durchlaufbecken
• Stauraumkanäle
• Regenrückhaltebecken
• etc.

Anordnung

• Hauptschluss
• Nebenschluss

Betriebsweise

• statisch
• bewirtschaftet

... jetzt erst wird es wieder interessant ...

Funktion der Bauwerke

RÜB/SK:

• Entlastung der Mischkanalisation bei Regenereignissen
• Speicherung
• ggf. mechanische Behandlung (Sedimentation)

RRA:

• Zwischenspeicherung des gesamten Niederschlagabflusses
• Verzögerte Abgabe des gespeicherten Niederschlags in das Kanalnetz
• Keine Entlastung! (Nur Notüberlauf)

RKB:

• Nur im Trennsystem
• mechanische Behandlung (Sedimentation) des behandlungsbedürftigen Regenwassers

... jetzt folgt die Funktionsweise, wichtig, um die nachfolgenden Verfahren und Arbeitsabläufe zu verstehen ...

Fangbecken FB

• FB speichern den ersten Anfall des Mischwassers und mit dem Spülstoß ausgetragene Schmutzfracht auf.

Kleine, steile Gebiete mit ausgeprägtem Spülstoß von der Oberfläche

• Das danach abfließende geringer verschmutzte Mischwasser wird vor dem Becken in den Vorfluter eineleitet.

• Fangbecken werden angeordnet bei nicht vorentlasteten Entwässerungsgebieten mit Fließzeiten<15-20min

• FB haben einen Beckenüberlauf (BÜ), der nach Beckenüberfüllung entlastet

• Hauptschluss: Trockenwetterabfluss durchfließt das Becken

• Nebenschluss: Trockenwetterabfluss wird am Becken vorbeigeleitet

Trennbauwerk (TB) notwendig !

Nachteil: keinerlei Klärung des entlasteten Mischwasserabflusses

Fangbecken im Hauptschluss I

• (zeichnen)

• es fängt an zu regnen => noch ist Q(zu) kont. Durchfluss

• während des Füllens: Q(zu) steigt => Q(BÜ) steigt => Q(d) bleibt aber konstant

Fangbecken im Hauptschluss II

• (zeichnen)

• bei gefülltem FB: Q(zu) bleibt konstant groß => Q(BÜ) springt an => ab in den Vorfluter => Q(D) bleibt konstant

• nach Regenende: Q(zu) sinkt => Q(BÜ) = 0 => FB leert sich wieder allmählich => Q(D) konstant

Fangbecken im Hauptschluss

• Foto (Oberforstbach) Trockenwetterrinne + Tauchwand

• Lerneinheit: Regenüberlaufbecken, das stark verschmutztes Mischwasser zu Beginn des Mischwasserabflusses (Spülstoß) zurückhalten soll. Das Fangbecken hat keinen Überlauf zum Abschlagen geklärten Abwassers. Vor dem Fangbecken ist allerdings ein Regenüberlauf angeordnet. (wasserwissen)

Fangbecken im Nebenschluss II

• bei gefülltem FB: Q(zu) konstant groß => TB springt an und leitet an BÜ weiter => FB ist voll => Q(BÜ) springt an => ab in den Vorfluter => Überlauf vom FB zum TB (Nebenschluss) => Q(D) konstant

• nach Regenende: Q(zu) wieder konstant klein => TB springt nicht an => alles wird wieder als Q(D) weitergeleitet => FB entleert sich allmählich wieder über TB (Nebenschluss)

... hier hätte der Dozent sich viel mehr Zeit nehmen müssen, ist aber auch durch den Stoff gerast => hier ist aber der Kernpunkt, um die Anordnung der Becken zu verstehen ... hat viel Ähnlichkeiten mit Schaltungstechnik, da muss man dem Neuling auch die Funktionsweise sauber erklären ... das ist also das Manko der Lehre hier => es muss viel für das Verständnis nachgearbeitet werden => gute Didaktik aber erspart viel unnötige Arbeit !!!

Vergleich Hauptschluss - Nebenschluss

Hauptschluss

• Vorteile

nur ein Überlauf
weniger Leitungen
Entleerung mit natürlichem Gefälle möglich
weitgehende Freiheit in der Grundrissgestaltung

• Nachteile

• mit Füllhöhe stark schwankender Abfluss
• evtl. Gefälleverlust

Nebenschluss

• Vorteile

keine Beschickung bei Trockenwetter
kein Gefälleverlust im Sammler
gering schwankender Abfluss

• Nachteile

mehr verbindende Leitungen
Pumpe (mit Steuerung) zur Entleerung notwendig

Frage: Gefälleverlust ?

Durchlaufbecken (DB)

Durchlaufbecken im Hauptschluss I

Durchlaufbecken im Hauptschluss II

Durchlaufbecken im Hauptschluss III

Durchlaufbecken im Nebenschschluss I

Durchlaufbecken im Nebenschschluss II

Durchlaufbecken im Nebenschschluss III

Verbundbecken (VB)

Stauraumkanal (SK)

Stauraumkanal mit oben liegender Entlastung (SKO)

Stauraumkanal mit unten liegender Entlastung (SKU)

Konstruktive Ausbildung

RÜB als Durchlaufbecken im Nebenschluss (DWA M 176)

Regenüberlauf

Film TU Graz

Regenüberlauf

Trockenwetterzulauf und Mischwasserzulauf

Ausrüstung von Regenbecken

Drosselorgane: Klassifikation

Drosselorgane

Drosseleinrichtungen

Reinigungseinrichtungen

Reinigungseinrichtung: Schwallspülung

Reinigungseinrichtung: Stahlreiniger

Grobstoffrückhalt

Grundlagen der Schmutzfrachtberechnung

Kurzbeschreibung der Verfahren nach DWA-A-128