Aufgabenstellung

Übung Klausurvorbereitung SS 2014
24.07.2014
Generelles zur Klausur:
 Datum:
Fr., 05.09.2014
 Raumeinteilung: ab 25.08.2014 im Stud.IP, auf der Homepage und am Blauen Brett im
Institut angekündigt.
 Bachelor: zwei Klausurteile à 60 Punkte bestehend aus Wasserver-/Abwasserentsorgung
UND Kreislauf-/Abfallwirtschaft für insgesamt 120 min Bearbeitungszeit von 8:00 bis 10:00;
gemeinsame Note (6 LP)
 Diplom: zwei getrennte Klausuren in Siedlungswasserwirtschaft (8:00 bis 9:00 Uhr) bzw.
Abfallwirtschaft (auch 8:00 bis 9:00) mit jeweils 60 Punkten für 60 min Bearbeitungszeit;
Einzelbenotung beider Klausuren (je 3 LP)
 Hausübungen: keine Pflicht. Abgabe bis 1.08.2014 im Sekretariat; Korrektur bis
21.08.2014 → HÜ im Sekretariat abholen!
 In der Klausur sind außer einem NICHT-PROGRAMMIERBAREN Taschenrechner und
einem Geodreieck/Lineal keine weiteren Hilfsmittel erlaubt!!
 Zur Klausurvorbereitung werden gesondert Sprechstunden im Fach „Wasserver- und
Abwasserentsorgung“/“Siedlungswasserwirtschaft“ in der Klausurwoche angeboten. Die
Zeiten sind ab KW 35 dem Anschlag am Blauen Brett des Instituts bzw. Stud.IP zu
entnehmen.
Aufgabe 1: Abwasserableitung
In einem ländlichen Gebiet soll das Mischkanalsystem auf ein Trennsystem umgestellt werden.
Dimensionieren Sie mit Hilfe der folgenden Vorgaben den Regenwasserkanal des
Planungsgebietes nach dem Zeitbeiwertverfahren.
AE,R1- R2 = 10 ha
AE,R2- R4 = 12 ha
R1
R2
400 m
850 m
AE,R2- R3 = 5 ha
500 m
R4
R3
1
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Geländeneigung IG
2%
Sohlgefälle in Fließrichtung Js
2 o/oo
Befestigte Fläche Abschnitt R1-R2 30 %
Befestigte Fläche Abschnitt R2-R3 50 %
Befestigte Fläche Abschnitt R2-R4 40 %
Bemessungsregendauer T
15 min
Regenspende r15,n=1
180 L/(s·ha)
Haltungslängen und Flächen sind dem Haltungsplan zu entnehmen.
Bestimmen Sie den Spitzenabflussbeiwert mit Hilfe von Tabelle 1.
Tabelle 1: Spitzenabflussbeiwert S
Hinweise:
a) Zeitbeiwertberechnung (vereinfacht)
24
T9
 r15   S  A E
: 
b) Berechnung des Regenwasserabflusses: Qr15
c) Formel zur Bestimmung der maßgebenden Fließzeit beim Zusammenfluss zweier
Kanäle: Wenn Qr2 
∙ Qr1, dann wird entsprechend der längeren Fließzeit
abgemindert, ansonsten entsprechend der kürzeren Fließzeit.
Dabei bedeuten:
Index 1: Kanal mit der kürzeren Fließzeit
Index 2: Kanal mit der längeren Fließzeit.
d) Führen Sie eine Iteration durch, sofern nötig!
2
Summe
ΨS
tf
 tf
[-]
[min]
[min]
[m]
[ha]
[%]
R1-R2
500
10
30
-
R3-R2
400
5
50
-
R2-R4
850
12
40
R1-R2 u. R3-R2
[L/s]
[L/s]
Summe
[L/s]
einzeln
[-]
Geschw. bei
Vollfüllung
 Qr
Fließzeit tatsächlich
Leistung bei
Vollfüllung
 Qr15
Js
D
Qvoll
Vvoll
tf
 tf
[‰]
[mm]
[L/s]
[m/s]
[min]
[min]
Durchmesser
Qr15
Sohlgefälle

einzeln
Summe
maximal
Regenabfluss
Summe
Zeitbeiwert
[-]
einzeln
AE
Fließzeit geschätzt
Zufluss von
Haltung
Spitzenabflussbeiwert
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GeländeGruppe
Befestigungsgrad
Fläche
Länge
Haltungsnummer
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2
2
2
3
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Abbildung 1: Nomogramm zur Bemessung der Kanalisation mit Kreisprofilen (k=1,5 mm)
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Aufgabe 2: Wasserversorgung
Ein Neubaugebiet wird durch einen Hochbehälter (HB) mit Trinkwasser versorgt. Der Plan des
entsprechenden Verästelungsnetzes wird in Abbildung 2.1 dargestellt. Die jeweiligen
Leitungsstränge mit ihren Längen und Durchmessern sind in Abbildung 2.1 abzulesen.
Zusätzlich zu dem Wasserbedarf des Wohngebietes wird in Punkt C punktuell Wasser für ein
kleines Gewerbe entnommen.
Folgende Daten über das Versorgungsgebiet sind zusätzlich bekannt:
Fläche Fi = 40 ha
Einwohnerdichte Wi = 250 E/ha
Spezifischer Verbrauch pro Einwohner qd = 120 L/(E·d)
Stundenspitzenfaktor fh = 2,0 [-]
HB
Versorgungsgebiet
L = 1000 m
DN = 300 mm
(100 m ü.NN)
A
B
L = 500 m
DN = 250 mm
(100 m ü.NN)
L = 250 m
DN = 200 mm
C
(100 m ü.NN)
D
(100 m ü.NN)
Externe
Entnahme
Q = 10 L/s
Abbildung 2.1: Verästelungsnetz
2.1.
Berechnen Sie den Metermengenwert m (vier Nachkommastellen).
2.2
Berechnen Sie mit Hilfe der Tab. 2.1 und der Druckabfalltafel (Abb. 2.2) den
erforderlichen Wasserstand im Hochbehälter, um einen Versorgungsdruck von
mindestens 3 bar (entsprechend 30 m Wassersäule) im Versorgungsnetz zu gewährleisten.
Das gesamte Versorgungsgebiet liegt auf 100 m üNN.
Die Rauheit aller Leitungen liegt bei 0,4 mm. Sollte Aufgabenteil 2.1 nicht gelöst worden
sein, rechnen Sie mit einem Metermengenwert m von 0,010 L/(s·m)
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m
Abbildung 2.2: Druckabfalltafel für ki = 0,4 mm
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Tabelle 2.1: Listenrechnung für das Wasserversorgungsnetz
Strang
Länge
m
Qm, einzeln
QEntnahme
Qgesamt
Rauheit ki
DN
Jo
hv Strang
[m]
[L/s·m]
[L/s]
[L/s]
[L/s]
[mm]
[mm]
[m/km]
[m]
B-C
250
10
0,4
200
A-B
500
-
0,4
250
A-D
1000
-
0,4
200
HB-A
1000
-
0,4
300
Erforderl.
Min.
Wasserspie
hv gesamt Versorgu
gel im
ngs-druck
Hochbehälter
[m]
[m üNN]
[m üNN]
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Aufgabe 3: Abwasserreinigung
Sie sind als planender Ingenieur für die überschlägige Dimensionierung einer neuen Kläranlage
mit einer Anschlussgröße von 200.000 Einwohner beauftragt. Der spezifische
Schmutzwasseranfall beträgt 150 L/(E·d).
Bitte beachten Sie zur Lösung der Fragestellungen die folgenden Formeln und Materialien:
Berechnung Schlammbel astung B TS 
B d,BSB 5
TS BB  VBB
M1: Einwohnerbezogene Frachten im Abwasser nach A-131 (2000)
Parameter
[g/(E*d)]
Durchflusszeit tR in der
Vorklärung
Rohabwasser
0,5 - 1,0 h
1,5 - 2,0 h
BSB5
60
45
40
CSB
120
90
80
TS0
70
35
25
N
11
10
10
P
1,8
1,6
1,6
M2: Anforderungen an kommunales Abwasser für die Einleitung in Gewässer
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M3: BSB5-Abbau in Abhängigkeit von der Schlammbelastung zur Bemessung von Kläranlagen nach
IMHOFF
3.1
Welche stündliche Schmutzwassermenge QTW kann erwartet werden?
3.2
Berechnen Sie die Aufenthaltszeit des Abwassers in einem bereits geplanten
Vorklärbecken mit den Abmessungen 10 m Breite, 4 m Tiefe und 25 m
Länge.
3.3
Welche Reinigungsanforderungen gelten für diese Kläranlage gemäß M2?
3.4
Berechnen Sie das benötigte Belebungsbeckenvolumen, wenn in der Anlage eine
gleichzeitige aerobe Schlammstabilisierung stattfinden soll.
Gehen Sie von einem Feststoffgehalt im Belebungsbecken TSBB von 3,0 kgTS/m³ aus.
Entnehmen Sie die Schlammbelastung der IMHOFF-Kurve (M3). Sollte Aufgabe 3.2
nicht gelöst sein, gehen Sie bei der Ermittlung der täglichen BSB5-Belastung von einer
hydraulischen Aufenthaltszeit in der Vorklärung tVK von 1 h aus (vgl. M1)
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Aufgabe 4: Speicherberechnung
Die Trinkwasserversorgung eines Lebensmittelindustriebetriebes erfolgt über eine
Hauptwasserleitung DN 200. Dem Betrieb werden günstige Lieferkonditionen gewährt, wenn der
Wasserbezug vorwiegend nach Mitternacht erfolgt. Somit kann der örtliche Wasserverband eine
Versorgung ab 0 Uhr mit einer konstanten Geschwindigkeit von v = 1,3263 m/s anbieten. Zum
Ausgleich des täglichen Trinkwasserbedarfs soll ein Speicherbehälter bemessen werden. Der
tägliche Trinkwasserverbrauch des Betriebes ist in Tabelle 3 dargestellt:
Tabelle 3: täglicher betrieblicher Trinkwasserverbrauch
4.1
4.2
4.3
[m³]
Uhrzeit [h]
Verbrauch [m³/h]
0 bis 5
60
5 bis 10
160
10 bis 14
25
14 bis 19
160
19 bis 24
80
Berechnen Sie den konstanten Trinkwasserzufluss [m3/h] mit dem der Betrieb beliefert
werden kann. Hinweis: Berechnen Sie den Durchfluss mit Hilfe der
Kontinuitätsgleichung.
Zu welcher Uhrzeit kann die Zuleitung in den Speicherbehälter beendet werden, wenn die
Versorgung täglich um 0 Uhr beginnt? Sollten Sie Aufgabenteil 4.1 nicht gelöst haben,
können Sie einen Zufluss von Q = 150 m3/h ansetzen.
Zeichnen Sie die Zu- und Abflusssummenlinie in das folgende Diagramm ein und
[ ermitteln
m3 ]
Sie das erforderliche Speichervolumen.
2500
2400
2300
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Uhrzeit [h]
10