Abwassertechnik 1 Abwassertechnik 1............................................................................................................. 1-1 1 Einführung in die Problematik Abwassertechnik ................................................................................... 1-4 1.0 Organisatorisches ................................................................................................................................ 1-4 1.1 Geschichtliche Eckdaten der Abwassertechnik .................................................................................... 1-4 1.2 Gegenwärtige Problemstellung ............................................................................................................ 1-6 1.2.1 Gegenwärtiger Stand der Abwassertechnik in Deutschland ......................................................... 1-6 1.2.2 Aufgabenstellung ......................................................................................................................... 1-6 1.3 2 Ursachen und Wirkung von Wasserverunreinigungen ......................................................................... 1-7 Abwasseranfall und Abwasserbeschaffenheit .......................................................................................... 2-8 2.1 Abwasserarten und Abwassermengen .................................................................................................. 2-8 2.1.1 Häuslicher Schmutzwasserabfluss Qh .......................................................................................... 2-9 2.1.2 Gewerblicher und industrieller Schmutzwasserabfluss Q g, i ....................................................... 2-10 2.1.3 Fremdwasserabfluss Qf .............................................................................................................. 2-10 2.1.4 Regenwasserabfluss Qr ............................................................................................................... 2-11 2.1.4.1 Hydrogeologische Begriffe nach DIN 4045 ........................................................................... 2-11 2.1.4.2 Bemessungsregen rB (rT.n)....................................................................................................... 2-12 2.1.4.3 Der Zeitbeiwert ................................................................................................................... 2-12 2.1.4.4 Der Abflussbeiwert ............................................................................................................. 2-13 2.1.4.5 Regenwasserabfluss Qr ........................................................................................................... 2-13 2.1.5 Bemessungswassermenge QB ..................................................................................................... 2-13 2.2 Abwasseranalytik und Abwasserbeschaffenheit ................................................................................. 2-14 2.2.1 Probenahme zur Abwasseruntersuchung .................................................................................... 2-14 2.2.2 Wichtige Methoden der Abwasseranalytik................................................................................. 2-15 2.2.3 Ausgewählte, relevante Bestimmungsmethoden ........................................................................ 2-16 2.2.3.1 Feststoffe ................................................................................................................................ 2-16 2.2.3.2 Summenparameter .................................................................................................................. 2-17 2.2.4 Beschaffenheit von Abwasser .................................................................................................... 2-19 2.2.4.1 Häusliches Schmutzwasser (Kommunales Abwasser) ........................................................... 2-19 2.2.4.2 Gewerbliches und industrielles Schmutzwasser (Betriebliches Schmutzwasser) ................... 2-19 2.2.4.3 Verschmutzungen im Niederschlagswasser ........................................................................... 2-20 2.2.4.4 Sonstige Abwässer ................................................................................................................. 2-21 3 Gewässergüte und Gewässerschutz ........................................................................................................ 3-22 3.1 Problemstellung und Begriffsbestimmung .......................................................................................... 3-22 3.2 Gewässergüteklassifizierung .............................................................................................................. 3-22 3.3 Rechtliche Regelungen zum Gewässerschutz ..................................................................................... 3-24 3.3.1 WHG – Wasserhaushaltsgesetz .................................................................................................. 3-24 3.3.2 AbWAG – Abwasserabgabengesetz........................................................................................... 3-25 4 Abwassererfassung und Abwasserableitung (Kanalisationstechnik) .................................................. 4-28 4.1 Problemstellung ................................................................................................................................. 4-28 4.2 Entwässerungsverfahren und Entwässerungssysteme ........................................................................ 4-28 4.2.1 Grundstücksentwässerung .......................................................................................................... 4-28 4.2.2 Entwässerungsverfahren ............................................................................................................. 4-30 4.2.2.1 Mischverfahren (Mischkanalisation) ...................................................................................... 4-30 4.2.2.2 Trennverfahren (Trennkanalisation) ....................................................................................... 4-31 4.2.2.3 Modifizierte Verfahren ........................................................................................................... 4-33 4.2.3 Entwässerungssysteme ............................................................................................................... 4-34 4.3 Berechnung der Abwasserkanalisation .............................................................................................. 4-35 4.3.1 Hydraulische Berechnung der Abwasserkanäle ......................................................................... 4-35 1-2 4.3.1.1 Allgemeine Grundlagen für die Rohrleitungsbemessung ....................................................... 4-35 4.3.1.2 Hydraulische Berechnungsgleichung für Rohrleitungsbemessung ........................................ 4-36 4.3.1.3 Vorgehensweise bei der hydraulischen Rohrleitungsbemessung ........................................... 4-37 4.3.2 Methoden der Kanalnetzberechnung .......................................................................................... 4-38 4.3.2.1 Übersicht über die Methoden der Kanalnetzberechnung ........................................................ 4-38 4.3.2.2 Ausgewählte Methoden der Kanalnetzberechnung ................................................................ 4-39 4.3.3 Statische Berechnung erdverlegter Abwasserleitungen .............................................................. 4-40 4.4 Kanalbaustoffe, Kanalprofile und Kanalbauwerke ............................................................................ 4-43 4.4.1 Kanalbaustoffe ........................................................................................................................... 4-43 4.4.2 Kanalprofile bzw. Kanalquerschnitte ......................................................................................... 4-44 4.4.3 Kanalisationsbauwerke ............................................................................................................... 4-45 4.4.3.1 Abwasserpumpwerke ............................................................................................................. 4-45 4.4.3.2 Sonderbauwerke im Kanalnetz ............................................................................................... 4-46 4.4.3.3 Regenentlastungsbauwerke .................................................................................................... 4-46 4.5 Kosten der Kanalisation und Ermittlung des Abwasserpreises .......................................................... 4-50 4.5.1 Kosten der Kanalisation ............................................................................................................. 4-50 4.5.2 Ermittlung des Abwasserpreises ................................................................................................ 4-51 1-3 1 Einführung in die Problematik Abwassertechnik 1.0 Organisatorisches Lehrinhalte: 1. 2. 3. 4. Einführung in die Problematik der Abwassertechnik Abwasseranfall und Abwasserbeschaffenheit Gewässergüte und Gewässerschutz Abwassererfassung und Abwasserableitung (Kanalisationstechnik) 5. Abwasserreinigung (Klärtechnik) 6. Klärschlammbehandlung Ablauf des Lehrbetriebes: - Lehrveranstaltung über 2 Semester - Vorlesungen / Übungen / Praktika / Exkursionen - 2 Klausuren Literaturhinweise: o ATV Handbuch Bände 1 bis 9; Verlag Wilhelm Ernst und Sohn Berlin 1997 ff o Imhoff : Taschenbuch der Stadtentwässerung; Oldenbourg- Verlag/ München / Wien 1990 o Kunz: Behandlung von Abwasser; Vogel Buchverlag Würzburg 1992 o Hosang, Bischof: Abwassertechnik; B.G. Teubner- Verlag Stuttgart 1993 o Handbuch für Ver – und Entsorger Band 3 Fachrichtung Abwasser; F. Hirthammer Verlag München 1994 o ATV – Regelwerk o DIN – Normblätter Zielstellung: o Überklick zum Fachgebiet Abwassertechnik o Vermittlung der ingenieur – technischen Grundlagen für die Auslegung und den Betrieb von Anlagen der Abwassertechnik (Kanalisation und Kläranlagen) 1.1 Geschichtliche Eckdaten der Abwassertechnik lange Entwicklungsgeschichte erfolgt in 2 Etappen 1.Etappe: Entwicklung der Abwasserableitung (Kanalisation) - Altertum: Beispiele: i. 3800 v.u.z. Sumerer ii. 960 v.u.z. heutiges Jerusalem iii. 900 v.u.z. Griechenland iv. 500 v.u.z. Rom: Cloaca Maxima - Mittelalter: Rückschritt - 18. /19.Jhd. i. 1775 Patent für WC (Cunning) ii. ab 1830 neue Etappe in Kanalisation iii. Kanalisation in Deutschland: 1. 1842 Hamburg 2. 1852 Berlin 3. 1860 Leipzig / Chemnitz 1-4 4. 1867 Frankfurt a. M. 5. 1890 Halle 6. 1903 Merseburg 2.Etappe: Entwicklung der Abwasserreinigung - wesentlich später - Anlass: Probleme mit Trinkwasser staatl. Eingriffe - biologische AR: i. 1893 Tropfkörperverfahren (CORBETT) ii. 1914 Belebungsverfahren (ARDEN + LOCKETT) iii. 1920 Lösung Überschussschlammproblem (IMHOFF) - chem. AR: i. parallel zur biolog. AR (Anfang des 20. Jhd.) - Schlammbehandlung i. Faulung 1922 Aachen ii. Filterpressen 1880 iii. Zentrifugieren 1904 Berlin - Schlammbeseitigung: i. landwirtsch. genutzt ii. auf Deponien einlagern iii. Abklappung ins Meer Fazit: - bis Mitte 20. Jhd.: Anwendung und Verbesserung der klassischen AR - letzten 10 – 20 Jahre: neue Wege der AR Neue Wege: - 3.Reinigungsstufe Nährstoffelimination (N, P) - 4.Reinigungsstufe Feinstreinigung, Entkeimung - mehrstufige, kombinierte Verfahren - Sonderverfahren („Maßanzug“) vielfältiger, interessanter, verfahrenstechnisch anspruchsvoller heute: entsprechendes Know how jedes Abwasserproblem aus techn. Sicht zu lösen Beachtung: Ökologie + Ökonomie 1-5 1.2 Gegenwärtige Problemstellung 1.2.1 Gegenwärtiger Stand der Abwassertechnik in Deutschland Abwasserentsorgung: - Abwasserableitung (Kanalisation) - Abwasserreinigung (Kläranlage) Anschlussgrad an die öffentliche Kanalisation: Siedlungsgröße alte Bundesländer neue Bundesländer in % in % bis 5.000 90,3 56,9 5.000 bis 10.000 88,8 61,4 10.000 bis 20.000 93,3 68,5 20.000 bis 50.000 94,1 69,8 50.000 bis 100.000 98,8 80,0 über 100.000 98,7 89,5 Gesamt: 95,9 82,6 Gesamtergebnis in % 87,5 86,8 92,1 90,4 95,2 97,0 93,8 Stand 1999 Stand der Technik - hohes Niveau - organische Kohlenstoffverbindungen - Nährstoffe (N, P) - anorganische Stoffe - Problemstoffe C>96% N~80%; P >97% weitgehend Eliminierung weitgehende Eliminierung 1.2.2 Aufgabenstellung differenziert a) alte Bundesländer Ziel: Gewässergüteklasse 2 1. Sanierung (Werterhaltung) der Kanalnetze 2. flächendeckender Einsatz biolog.Kläranlagen mit weitergehender Reinigung (3. und 4. Reinigungsstufe) 3. Regenwasserbehandlung 4. Reduzierung von Problemstoffen (Indirekteinleiterproblematik) 5. ökologische Klärschlammentsorgung jährl. Investitionen seit 1980 auf Level von 5 Mrd. DM b) neue Bundesländer Ziel: Gewässergüteklasse 2-3 1. Erhöhung des Anschlussgrades an die Abwasserbehandlung durch Neubau und Sanierung der Kanalisation 2. Neubau und Rekonstruktion von Kläranlagen 3 Aufbau einer anforderungsgerechten (+ ökologischen) Sachlammentsorgung 1-6 Investitionen für Umweltmaßmahmen in Ost: Gesamt: 220 Mrd. DM davon: Wasser: 153 Mrd. DM Abfall: 43 Mrd. DM Luft: 24 Mrd. DM davon in: Sachsen: 70 Mrd. DM Sachsen-An.: 44 Mrd. DM Brandenburg: 38 Mrd. DM Thüringen: 28 Mrd. DM Berlin Ost: 23 Mrd. DM Meck.-Vorp.: 17 Mrd. DM 1.3 Ursachen und Wirkung von Wasserverunreinigungen Übergang zum höchsten Punkt Quellen für Art der Verunreinigung Wasserverunreinigungen 1) Haushaltsbereich -organ. Stoffe -Nährstoffe 2) Industrie / Gewerbe -organ. Stoffe -anorgan. Stoffe -Nährstoffe -Problemstoffe 3) Landwirtschaft (Gewerbe) -organ. Stoffe -Nährstoffe -anorgan. Stoffe 4) Regenwasser (beim Fallen -saurer Regen Atmos. durch Atmos. und -Straßenschmutz Boden(Ablauf) Bodenablauf 1-7 Wirkung auf natürliche Gewässer Zehrstoffe (O2-Haushalt) Eutrophierung Zehrstoffe Salzbelastung... Eutrophierung toxisch 2 Abwasseranfall und Abwasserbeschaffenheit 2.1 Abwasserarten und Abwassermengen Begriff Abwasser: 1.durch Gebrauch in seinen Eigenschaften negativ verändertes Wasser oder 2.versteht man auch jedes in die Kanalisation gelangende Wasser ist Abwasser! 5 Herkunftsquellen 5 Abwasserarten: 1.Häusliches Schmutzwasser – Index h (aus Haushaltungen, Büros, Gaststätten, Hotels, Schulen . . .) 2.Gewerbliche Schmutzwasser – Index g (aus Gewerbebetrieben, Krankenhäusern, Tankstellen . . .) 3.Industielle Schmutzwasser – Index i (an diversen Industriebetrieben bei der Herstellung von Grundstoffen, Investitions – und Verbrauchsgütern, sowie Nahrungs – und Genußmittel ) Neu: nach ATV – A118 (Nov. 1999) wird betriebliches und industrielles Schmutzwasser zu betrieblichen Schmutzwasser zusammengefaßt und bekommt den Index g,i 4.Fremdwasser – Index f (aus diffusen Quellen, wie Hausdrainagen, Undichtheiten von Kanälen und Schächten, Wasserhaltungen bei Baustellen) 5.Niederschlagswasser (Regenwasser) – Index r Abwassertechnische Bilanzen: Q – Wassermenge [l/s];[m³/h];[m³/d] 1.Städtischer Schmutzwasserabfluß QS: QS Qh Qg Qi Q S Qh Q g ,i 2.Trockenwetterabfluß QT: QT QS Q f QT Qh Q g ,i Q f 3.Mischwasserabfluß Qm: Qm QT Qr Qm Qh Q g ,i Q f Qr 2-8 2.1.1 Häuslicher Schmutzwasserabfluss Qh abhängig: - direkt von der Zahl der Einwohner und von deren Lebensgewohnheiten / Lebensstandard Berechnung: - häuslichen Schmutzwasserabfluss Qh, d (Tagesmittel) Qh ,d q h ,d * E [l/d] qh, d -spezifischer Abwasseranfall [l/(E*d)] E -Einwohner Berücksichtigung von Schwankungen Tagesganglinie! Tagesganglinie des Abwasseranfalls einer Stadt mit 50.000 E: Skizze: Bemessungswerte: Siedlungsgröße <5.000 5.000 bis < 10.000 10.000 bis < 50.000 50.000 bis < 250.000 >250.000 (bisherige Ansätze) spez. Abwasseranfall qh,d in [l/(E*d)] 150 175 bis 180 200 bis 220 225 bis 260 250 bis 300 häuslicher Schmutzwasserabfluß (Stundenabfluß) Qh,h [m³/h]: Qh,d m³ / d Qh,h f h / d speziefischer Abfluß (Orientierungswert nach A118) - Neu: qh,s = 0,004 l/(s*E) - bisher: qh,s = 0,005 l/(s*E) 2-9 Schwankungsbeiwert f in [h/d] 8 10 12 14 16 2.1.2 Gewerblicher und industrieller Schmutzwasserabfluss Qg, i Einschätzung: - der Schmutzwasserabfluss von Gewerbe und Industrie unterliegt im Gegensatz zum häuslichen Schmutzwasserabfluss einer sehr großen Bandbreite bezüglich der Anfallmenge (von sehr wenig bis sehr viel) und der Anfallcharakteristik (kontinuierlich; diskontinuierlich (Chargenweise); (8 Stundentag) - zulässige Werte lassen sich in der Regel nur über Messungen ermitteln Orientierungswerte: Einrichtung, Industrie Maßeinheit Krankenhaus Hallenbad Schulen (mit 250 Schultagen und Duschen) Gaststätten Stahlerzeugung Zellstoffherstellung Papierherstellung Brauerei Molkerei 1 Bett 1 Besucher /-in 1 Schüler 1 Gast 1t Stahl 1t Papier 1m³ Bier 1m³ Milch mittlerer SchmutzwasserAbfluss pro Maßeinheit [m³/d] 0,25...0,6 0,15...0,18 0,02 0,1...1,0 10 300 200 15 (ohne Mälzerei) 5 Bei neu zu erschließenden Gewerbe- und Industriegebieten (ATV A118): neu: a)Betriebe mit geringem Verbrauch (z.b. Lagerhallen…) qg,i = 0,2…0,5 l/(s*ha) b)Betriebe mit mittlerem bis hohem Verbrauch (produzierendes Gewerbe) qg,i = 0,5…1,0 l/(s*ha) mittel: 0,5 l/(s*ha) hoch: 1,0 l/(s*ha) 2.1.3 Fremdwasserabfluss Qf Einschätzung: - unerwünschter Bestandteil - kaum verschmutztes Wasser - Mengen sind sehr schwierig zu erfassen - Größe nimmt zu mit dem Alter des Kanalnetzes Empfehlung: Pauschalansatz bezogen auf Schmutzwasseranfall Q f m * Qs wobei m = 0,1 bis 1,0 mit dem Wir rechnen: Regelansatz: m = 0,5 Flächenbezogene Fremdwasserspende l q f 0,05bis 0,15 s * ha 2-10 Kanallängenbezogene Fremdwasserspende (veraltete Version) m³ q f 10bis100 km * d Einwohnerbezogene Fremdwasserspende (veraltete Version) l q f 90bis130 E * d 2.1.4 Regenwasserabfluss Qr Einschätzung: - wichtige Größe, denn der Regenwasserabfluss bei Starkregen muss beherrscht werden! ! - der Regenwasserabfluss bei Starkregen liegt 50 bis 200 fachem des Trockenwetterabflusses Einflussfaktoren: - Intensität und Dauer des Regens - Regenverteilung und Regenhäufigkeit - Oberflächen – und Bodenbeschaffenheit im Einzugsgebiet (versiegelte Flächen) 2.1.4.1 Hydrogeologische Begriffe nach DIN 4045 Begriff 1. jährliche Niederschlagshöhe 2. Regenhöhe Symbol hN Einheit mm Definition Niederschlagshöhe pro Jahr hR mm 3. Regendauer T; TR min 4. Regenintensität i mm min 5. Regenhäufigkeit n 1 a 6. Regenspende r l s * ha l s * ha Niederschlagshöhe für eine betrachtete Zeitspanne Zeitspanne zwischen Beginn und Ende eines Regenereignisses Quotient aus Regenhöhe und h Regendauer i R TR Anzahl der Regenereignisse pro Jahr, die die Regenintensität überschreiten bzw. erreichen (Überschreitungshäufigkeit) Quotient aus Volumen des Regens und dem Produkt aus Zeit und Fläche 7. Bemessungsregen rT, n (rB) 2-11 Regenspende, nach der Bauteile von Abwasseranlagen bemessen werden (mit zugehöriger Regendauer und – häufigkeit) 2.1.4.2 Bemessungsregen rB (rT.n) l s * ha rT, n mit T = 15 min und n = 1 einmal im Jahr wird ein 15 minütiges Regenereignis erreicht! Historie: REINHOLD erste Regenspendekarte erstellt für n = 1 und T = 15 min l Merke: Mitteldeutschland ~ 100 s * ha Beachte: - je nach Genauigkeit und Anforderungen an Planung kann von dem Regelansatz (T = 15und n = 1) abgewichen werden - übliche Bereiche für T: zwischen 5 und 20 min <15, wenn Anteil an der versiegelten Fläche und die Geländeneigung groß sind - übliche Bereiche für n: zwischen 0,2 und 2 Ansatz: n = 0,2 Regenereignis einmal in 5 Jahren n = 2 Regenereignis zweimal im Jahr für uns: rB = r15,1 Maßeinheit: 2.1.4.3 Der Zeitbeiwert - dimensionslos drückt den Zusammenhang zwischen Regendauer und Regenhäufigkeit aus mit dem Zeitbeiwert können die Regenereignisse, die von r15,1 abweichen ausgerechnet bzw. umgerechnet werden! rT ,n * r15,1 38 1 4 0,369 nach REINHOLD T 9 n 24 T 9 2-12 2.1.4.4 Der Abflussbeiwert - dimensionslos Tatsache, das von dem niedergehenden Regen nur ein Teil in die Kanalisation gelangt, der andere Teil versickert, verdunstet oder wird anderweitig gehindert - abhängig von: - Größe des Abflusses richtet nach. i. Oberflächenbeschaffenheit ii. Art der Bebauung iii. Neigung iv. Bodenstruktur... l q Abflußspende s * ha Re genspende l r s * ha = 0 nichts gelangt in die Kanalisation = 1 alles gelangt in die Kanalisation S = Spitzenabfluss Abflussbeiwerte: siehe Kopie! 2.1.4.5 Regenwasserabfluss Qr Qr * * rB * AE Qr Regenwasserabflussmenge [l/s] Zeitbeiwert Abflussbeiwert rB Bemessungsregen r15, 1 [l/(s*ha)] AE Fläche des Einzugsgebietes [ha] 2.1.5 Bemessungswassermenge QB System Bemessungswassermenge QB 1. Abwasserkanal 1.1 Schmutzwasserkanal im Trennverfahren Qt QS Q f 1.2 Regenwasserkanal im Trennverfahren 1.3 Mischwasserkanal Qr * * rB * AE Qm Qr Qt 2. Kläranlage 2.1 Trennverfahren Qt QS Q f 2.2 Mischverfahren Qm 2 * Q S Q f Seminar I 2-13 2.2 Abwasseranalytik und Abwasserbeschaffenheit Vorgehensweise: 1. 2. 3. 4. Probenahme Abwasseranalytik Festlegung der Reinigungstechnologie Berechnung der Anlagenteile 2.2.1 Probenahme zur Abwasseruntersuchung Merke: Jede Abwasseranalyse ist nur so gut, wie die Probenahme es erlaubt!! Probenahmeprotokoll: (DIN 38402 A11) muss folgendes enthalten: (1) Datum, Ort, Uhrzeit der Probenahme (2) Zeitintervalle der Probenahme (3) Probenahmestelle und örtliche Gegebenheiten (4) wichtigsten meteorologischen Größen (Temperatur, Wetter, Luftdruck,...) (5) möglichst sofort visuelle Beurteilung (Geruch, Aussehen, Farbe,...) (6) manuelle oder automatische Probenahme weiterhin ist zu beachten: - sekundär Verunreinigungen sind zu vermeiden - bei langen Transportzeiten sollte die Probe konserviert werden (z.b. Kühlung) Probemenge: in der Regel ca. 2-3 Liter ca. 10 Liter, wenn Fischtoxizität bestimmt werden soll! Probearten: 3 verschiedene (1) Art: Stichprobe diskontinuierliche Probenahme zu beliebigen / willkürlichen Zeitpunkten Nachteil: charakterisiert die Beschaffenheit des Gewässers nur zu diesem Zeitpunkt. Modifikation: qualifizierte Stichprobe mindestens 5 Stichprobe, die in einem Zeitraum von höchstens 2 Stunden im Abstand von nicht weniger als 2 Minuten entnommen und gemischt werden! (2) Art: Zeitabhängige Probenahme (Mischprobe) über einen bestimmten Zeitraum hinweg erfolgt die Probenahme mit jeweils gleichen Volumina und anschließender Mischung üblich 2h oder 24h (stündl. Entnahmen) Mischproben in der Regel mit automatischen Probenahmegeräten 2-14 (3) Art: Mengenabhängige Probenahme In Abhängigkeit des Volumenstromes werden in bestimmten Zeittakt, dem Volumenstrom proportionale Probemengen entnommen und diese ebenfalls zu Mischproben zusammengestellt. Beispiel: t=0 Q = 10 m³/s V=1l t=1 Q = 20 m³/s V=2l t=2 Q = 15 m³/s V = 1,5 l 2.2.2 Wichtige Methoden der Abwasseranalytik DIN 38400 Übersicht über Methoden der Abwasseranalytik (DIN 38400) Sinnesprüfung phys. Methoden chem. Methoden -Geruch -Durchsichtigkeit -Aussehen -Farbe (Tafel) -Farbe -Leitfähigkeit -pH-Wert -Temperatur -Trübung -Feststoffe gelöste Stoffe -O2 -CO2 -Chlor Kationen -Ca /Mg (Gesamthärte) -Spurenelemente -Schwermetalle u.a. Anionen -Carbonate -Chloride -Cyanid -Nitrat -Phosphat -Sulfate u.a. Beachte: Für kommunales Abwasser in der Regel ausreichend: (1) Festsstoffe Maß für ungelöste Stoffe (2) BSB5 Maß für organ. Stoffe (3) CSB Maß für organ. Stoffe (4) NGes Maß für den Nährstoff N (5) PGes Maß für den Nährstoff P 2-15 biolog. Methoden Biolog. Methoden -Saprobiensystem -Bioaktivität -Biomasse -Analyse der Lebensformen toxikol. Methoden -Fischtest -Daphnientest -Leuchtbakterientest Summenparameter -BSB -CSB -TOC / DOC -Gesamt N -Gesamt P organ. Stoffe -Aldehyde -Amine -Phenole -KW / CKW -Tenside -Dioxine -Furane u.a. 2.2.3 Ausgewählte, relevante Bestimmungsmethoden 2.2.3.1 Feststoffe Maß für ungelöste Stoffe relativ einfach auf mechan. Wege entfernbar Unterteilung der Feststoffe: a) Absetzbare Stoffe (DIN 38409 T9) Bestimmung im Imhoff – Trichter: Durchführung: - 2 l Wasserprobe entnehmen - 2 Imhoff – Trichter mit jeweils 1 l Abwasser füllen - Proben 2 h stehen lassen - Messung des Anteils der abgesetzten Stoffe in [ml/l] b) Abfiltrierbare Stoffe Durchführung: - Abwasserprobe wird filtriert - Trocknung des Filterrückstandes bei 105°C - Auswägen und auf das Probenvolumen beziehen Trockensubstanzgehalt: Filterrücks tan d mg TS Pr obevolumenl Feststoffverhältnisse bei kommunalem Abwasser: Gesamte Feststoffe 100% Abdampfrückstand Gelöste Salze (anorg. Salze) Abfiltrierbare Stoffe ungelöste Salze (Schwimm-, Schwebe- und Sinkstoffe) 67% 33% Nichtabsetzbare Stoffe 22% 22% 67% echte und kolloidal gelöste Stoffe feindisperse Stoffe Absetzbare Stoffe 11% 11% grobdisperse Stoffe Beachte: Jede Art von Feststoffen in Abwasser und Klärschlamm können in organ. und anorgan. Teile getrennt werden. Die organ. Stoffe sind über den Glühverlust bestimmbar. Glühverlust: Filterrückstand wird bei 550°C bis zur Gewichtskonstanz verglüht Auswiegen, die Differenz zum Filterrückstand ist der Glühverlust OTS - Gehalt 2-16 2.2.3.2 Summenparameter Notwendigkeit der Einführung: - resultiert aus der Tatsache, dass eine vollständige Analyse der Vielzahl der im Abwasser befindlichen Einzelstoffe praktisch unmöglich und nicht sinnvoll ist - diese Parameter der Abwasserinhaltsstoffe sind summarisch zu erfassen (bezüglich ihrer summarischen Wirkung) Relevante Summenparameter: Chemischer Sauerstoffbedarf CSB bestimmt nach DIN 38409 Teil 41 Def: der CSB ist die auf Sauerstoff umgerechnete Masse an Oxidationsmittel (K2Cr2O7), die für die Oxidation organ. Inhaltsstoffe gebraucht wird. Aussage: man erfasst alle Stoffe summarisch, die durch K2Cr2O7 oxidierbar sind Maß für organ. und anorgan. Verschmutzung ( in Trinkwasser = 0) Parameter der Abwasserabgabe Durchführung nach DIN: - Abwasserprobe mit K2Cr2O7 versetzten - 2 h bei 145°C unter Rückfluss gekocht - dann durch Titration das nichtverbrauchte K2Cr2O7 bestimmt - im Praktikum Bestimmung mit Küvettentest Biologischer Sauerstoffbedarf BSB DIN 38409 T 51 Definition: BSB ist die Masse an gelöstem Sauerstoff, die von adaptierten (angepassten) Mikroorganismen beim Abbau der in 1 Liter Abwasser enthaltenen organ. Inhaltsstoffe innerhalb eines bestimmten Zeitraumes benötigt wird. i.d.R. BSB5 5 Tage direktes Maß für den biolog. Abbau organ. Biomasse entscheidende Bemessungsgröße für Kläranlagen Durchführung: - nach DIN - Abwasserprobe mit Mikroorganismen versetzen - O2 am Anfang messen - 5 Tage bei Dunkelheit und 20°C stehen lassen - O2 erneut messen Größe des Verbrauchs = Maß für Verunreinigung - 2 Bestimmungsmethoden: 1. nach DIN Verdünnungsmethode 2. manometrische Methode über Druck (Computer gestützt) 2-17 Zusammenhang zwischen CSB und BSB: - beide ein Maß für den Gehalt an organ. Stoffen im Abwasser grundsätzlich: BSB CSB gleich alle organ. Stoffe biolog. abbaubar (Bsp.: Lebensmittelindustrie fast 1:1) man kann Schlußfolgerungen über die Abbaubarkeit anhand des Verhältnisses von CSB zu BSB ziehen: abwassertechn. Korrelationen: CSB : BSB ~ 2 : 1 (kommunales Abwasser) gut abbaubar CSB : BSB ~ 10 : 1 (Industrieabwasser) sehr schlecht abbaubar Verunreinigungen! das Verhältnis CSB : BSB verändert sich während der Reinigung: Bsp: Kommunales Abwasser: Stickstoff gesamt Nges Stickstoff und seine Verbindungen: i. organ. gebundener N (Norg) Oxidationsz.B. Harnstoff, Eiweiß kette ii. Ammonium (NH4-N) Fischgift (Nitrifikation) iii. Nitrit (NO2- N) iv. Nitrat (NO3-N) Bestimmung mittels Küvettentest Bedeutung: große Bedeutung in moderner Abwassertechnik Parameter bei der Abwasserabgabe Bemessungsgröße für Kläranlagen (ab best. Ausbaugröße) Phosphor gesamt Pges Phosphor: organ. gebundener P anorgan. gebundener P (Ortho - Phosphat; Poly – Phasphat) Bestimmung mittels Küvettentest Bedeutung: Parameter bei Abwasserabgabe Bemessungsgröße für Kläranlagen (bei Großkläranlagen) 2-18 2.2.4 Beschaffenheit von Abwasser 2.2.4.1 Häusliches Schmutzwasser (Kommunales Abwasser) Verschmutzungsarten: - Fäkalien organ. Stoffe - Stoffe der persönl. Hygiene und Körperpflege - Waschmittel - Lebensmittel Zusammensetzung kommunalen Abwassers: Kriterium 1. pH-Wert 2. absetzbare Stoffe 3. abfiltrierbare Stoffe 4. CSB 5. BSB5 6. Stickstoff 6.1 Nges 6.2 NH4-N 6.3 NO2- N 6.4 NO3- N 7. Pges Einheit [-] mg/l mg/l mg/l mg/l gering 6,6 2 200 300 150 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 20 10 0 0,1 5 Belastungsgrad mittel 7,6 6 500 600 300 50 30 0,1 0,3 15 stark 8,6 12 900 1000 500 85 50 0,3 0,5 25 einwohnerspezifische Schmutzmengen (Lasten lE) a) abfiltierbare Stoffe l E , A 70 g b) organ. Verschmutzung l E , B 60 g l E ,C 120 g c) Gesamtstickstoff l E , N 11g d) Gesamtstickstoff l E , P 2,5 g TS E *d BSB 5 E *d CSB E *d N E *d P E *d 2.2.4.2 Gewerbliches und industrielles Schmutzwasser (Betriebliches Schmutzwasser) Einschätzung: - Sammelbegriff für Abwasser verschiedenster Art - die Beschaffenheit von betrieblichem Schmutzwasser ist jeweils industriespezifisch und ist außerordentlich unterschiedlich(org. hoch bis org. niedrig belastet oder keine Nährstoffe vorhanden, toxische Stoffe,...) - nicht so genau qualifizierbar 2-19 (1) EWG – Einwohnergleichwert damit man die unterschiedlichen Abwässer miteinander vergleichen kann - ist eine Maßzahl des Verschmutzungsgrades eines ind. bzw. gewerbl. Schmutzwassers im Vergleich mit dem Durchschnittswert eines häuslichen / kommunalen Abwassers - Regelbezug: BSB5 60 g _ BSB5 - 1EWG E *d Q * C BSB5 L EWG - Umrechnung: 60 g 60 g E *d E *d m³ * g * E * d d * m³ * g E (2) EW - Einwohnerwert EW EZ EWG EW Einwohnerwert EZ Einwohnerzahl EWG Einwohnergleichwert Bemessungsgröße für Kläranlage Orientierungswerte für die Abwasserbelastung bezügl. EWG: Gewerbe / Industrie Fleisch- und Wurstherstellung Butter- und Margarineindustrie Obst und Gemüse Bierherstellung Kunstseidenherstellung Seifenherstellung Krankenhäuser Schulen 2.2.4.3 1 EWG entspricht: 4 – 6 kg Fleisch 2 kg Butter / Margarine 2 kg Obst 2 – 5 l Bierproduktion 1,5 kg Kunstseide 1 kg Seife 1 Bett 10 Lehrplätze Verschmutzungen im Niederschlagswasser Verschmutzungen durch: - atmosphärische Verschmutzungen Staub, NOx, SOx, KW,... siehe LRT Größe der Aufnahme ist abhängig von der Region - Verschmutzungen beim Ablaufen des Regenwassers 2-20 Durchschnittliche Beschaffenheit des fallenden NS in einer Großstadt Kriterien 1. pH- Wert 2. Leitfähigkeit 3. BSB5 4. CSB 5. Nges 6. PO4, ges 7. Chlorid 8. Sulfat 9. Zink 10. Blei Wert 4,0 – 4,7 53 s / cm 1,0 mg / l 9,0 mg / l 1,2 mg / l 0,05 mg / l 1,0 mg / l 10 mg / l 150 g / l 45 g / l Schmutzfrachten des Regenabflusses: Kriterien 1. 2. 3. 4. 5. abfiltrierbare Stoffe BSB5 CSB Nges Pges 2.2.4.4 kg jährliche Schmutzfrachten ha * a unterer Bereich oberer Bereich 660 2000 60 130 290 400 17 35 2 12 Sonstige Abwässer a) Kühlwasser 2 des gesamten Industrieabwassers 3 Problem: Temperaturerhöhung Zusatzstoffe: Korrosionsschutzmittel,... b) Grubenwässer Kohlebergbau vor allem (Mitteldeutschland, Lausitz,...) hohe Salzkonzentrationen, freie Schwefelsäure, teilweise toxische Stoffe c) Deponiesickerwässer Komplex, relativ kompliziert zusammengesetzt org. und anorg. Last- und Problemstoffe verschiedener Art separate Erfassung notwendig und gesetzlich vorgeschrieben Seminar II 2-21 3 Gewässergüte und Gewässerschutz 3.1 Problemstellung und Begriffsbestimmung Begriffe: 1. Gewässergüte qualitativer Zustand eines Gewässers Limnologie (Seenkunde) 2. Gewässerschutz Gesamtheit der Maßnahmen zum Schutz der natürlichen Gewässer vor Wasserverunreinigungen jeglicher Art! Problemstellung: Maßnahmenkatalog zum Gewässerschutz ( Bsp. für Fließgewässer) 1. Erfassung des Istzustandes eines Fließgewässers - quantitativ: Wasserführung (NNQ, MNQ, MQ, HQ, HHQ) - qualitativ: Gewässergüteklassifizierung Gewässergütekarten 2. Ableitung der Belastbarkeit des Gewässers Abwasserlastplan - zahlenmäßige Ermittlung und zeichnerisches Auftragen der Abwasserlast eines Fließgewässers unter Berücksichtigung des Selbstreinigungsvermögen des Flusses Gewässergütemodelle - Gesamtbeschreibung der im Gewässer ablaufenden, komplexen Vorgänge 3. Festlegung der Entnahme- und Einleitbedingungen - mengenmäßige Vorgabe für Entnahme und Einleitung - Vorgaben für Reinigungsanforderungen Mindestanforderungen 4. Ableitung der Technologie zur Abwasserreinigung - relevant für Planung, Bau, und Betrieb von Kläranlagen Verantwortung: zuständige Wasserbehörde der Länder 3.2 Gewässergüteklassifizierung a) Fließgewässer Einteilung der Fließgewässer in Klassen: 4 Hauptklassen 3 Zwischenklassen Kriterien für Gewässergüteklassen: 1) Chemische Kriterien - org. Belastung (BSB5) - O2- Gehalt - Nährstoffbelastung (NH4-N) 3-22 2) Bioindikatoren Saprobiensystem ̂ „Fäulnisbewohnern“ Grundidee: Lebewesen in Gewässern stehen direkt in Verbindung mit der Qualität des Wassers! gewichtetes Punktesystem S = 1 (oligosaprob) wenig Saproben S = 2 (betamesosaprob) mittel Bezug auf Hauptklassen S = 3 (alphamesosaprob) S = 4 (polysaprob) viel Saprobienindex Si: s * h Si s Grundklassen; h h Gewässergüteklassen für Fließgewässer: Güteklasse/ Farbe Belastungsgrad Saprobität S I dunkelblau I-II hellblau II dunkelgrün unbelastet oligosaprobie 1,0 < 1,5 1,5 - 1,8 gering belastet mäßig belastet II-III hellgrün III gelb kritisch belastet stark verschmutzt III-IV orange V rot sehr stark verschmutzt übermäßig verschmutzt betamesosaprobie 1,8 < 2,3 2,3 – 2,7 alphamesosaprobie 2,7 < 3,2 3,2 – 3,5 polysaprobie 3,5 4,0 3-23 Häufigkeit (h = 1 ...9) BSB5 mg/l 1 chem. Parameter O2- Gehalt mg/l >8 NH4- N mg/l Spuren 1–2 >8 ca. 0,1 2–6 >6 < 0,3 5 – 10 >4 < 1,0 7 – 13 >2 0,5 > 1,0 10 – 20 >2 > 15 >2 mehrere mg/l mehrere mg/l b) stehende Gewässer ähnliches Prinzip der Gewässerqualifizierung Bsp.: Gewässergüteklasse 2 Badewasser phy. –chem. Kriterien für Gewässergüteklasse 2 lfd. Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Kriterien Einheit Temperatur °C sommerkühle Gewässer 25 sommerwarme Gewässer 28 Sauerstoffgehalt mg/l 6 pH- Wert 6-9 Ammonium NH4 – N mg/l 0,3 Nges Sommer 5 Nges Winter 7 BSB5 mg/l 2–6 CSB mg/l 15 Pges mg/l 0,3 Feges mg/l 1,0 Znges mg/l 0,5 Cuges mg/l 0,04 Crges mg/l 0,05 Niges mg/l 0,05 Pbges mg/l 0,05 Cdges mg/l 0,005 Hgges mg/l <0,0005 toxikolog. Tests keine tox. Wirkung auf Bakterien, Algen, Fischnährstoffe, Fische 3.3 Rechtliche Regelungen zum Gewässerschutz 2 Regelungen 1. WHG – Wasserhaushaltsgesetz 2. AbWAG - Abwasserabgabengesetz 3.3.1 WHG – Wasserhaushaltsgesetz Rahmengesetz des Bundes: Relevante Bestimmungen für die Abwassertechnik §3 §7,8 §7A § 18 § 19 Wert Regelungen der Gewässerbenutzung Entnahme und Einleitung bedarf Genehmigung Erlaubnis- und Genehmigungsverfahren wasserrechtl. Bescheid für Direkteinleite (gültig 1 Jahr) Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser Abwasserverordnung (Anhänge 1 – 53) Pflicht zur Abwasserbeseitigung Bau und Betrieb von Abwasseranlagen Zulassung von Kläranlagen ( >50.000 EW UVP) Anlage zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen 3-24 Mindestanforderungen an geeignetes Kommunalwasser: §7a Anhang 1 Abwasserverordnung Größenklasse (GK) der Abwasserbehandlungsanlage GK 1 < 1.000 EW GK 2 1.000 bis < 5.000 EW GK 3 5.000 bis < 20.000 EW GK 4 20.000 bis < 100.000EW GK 5 100.000 EW CSB BSB5 NH4 – N Nges Pges mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l qualifizierte Stichprobe oder 2h- Mischprobe 150 40 110 25 - - - 90 20 10 18 - 90 20 10 18 2 75 15 10 18 1 wann werden Mindestwerte akzeptiert? - abhängig von Qualität des Vorfluters wenn leistungsschwacher Vorfluter - Mindestanforderungen reichen nicht besser reinigen!! 3.3.2 AbWAG – Abwasserabgabengesetz Grundsätze: 1. Höhe der Abwasserabgabe direkt abhängig von Verschmutzungsgrad des Abwassers, welches abgeleitet wird (Festlegung über wasserrechtl. Bescheid) 2. abwasserabgabenpflichtig nur Direkteinleite Begriffe: Direkteinleiter: leitet direkt in den Vorfluter ein z.b. KA Indirekteinleiter: leitet in Kanalnetz ein zur z. B. KA 3. Abwasserabgaben werden an Länder gezahlt Überwachung vom Landesrechnungshof gezielter Einsatz der Abgaben zu zweckmäßigen Gewässersanierungen Vorgehensweise: Einführung von Schadeinheiten SE: je schädlicher ein Stoff, um so kleiner sind die SE Kriterien siehe Tabelle 1 Festlegung von schadensbezogenen Abgabesätzen siehe Tabelle 2 3-25 Kriterien CSB N P AOX Schwermetalle Hg Cd Cr Ni Pb Cu Fischgiftigkeit Niederschlagswasser 1 SE entspricht 50 Kg O2 25 kg Nges 3 kg P 2 kg Cl2 20 g Hg 100 g Cd 500 g Cr 500 g Ni 500 g Pb 1000 g Cu 3000 m³/GF SE 18 Industrie und _ Gewerbegebiete ha * a SE 0,12 Wohngebiet e ha * a Tabelle 1 Jahr `91 `93 `97 DM Abgabensatz SE 50 60 70 Tabelle 2 Berechnung: 1. Berechnung der jährlichen Schadlasten L: kg m³ kg L Qa * c S s a m³ 2. Berechnung der jährlichen Schadeinheiten SE L SE SE * a SE 3. Berechnung der Abwasserabgabe A: DM A SE * Abgabensatz aktuell _ 1997 a 3-26 Administrative Belange: 1. Reinigungsanforderungen gelten als nicht eingehalten, wenn: - bei den letzten 5 Kontrollen mehr als einmal den sog. Überwachungswert überschritten wurde (eine Überschreitung = zulässig) - wenn Überschreitung des Überschreitungswertes > 100% 2. Kläranlagenbetreiber haben Möglichkeiten der Antragsstellung zur Korrigierung des wasserrechtl. Bescheides, wenn: - wenn Dauer der Unterschreitung mehr als 3 Monate - Unterschreitung mehr als 20% 3. Möglichkeiten der Ermäßigung: - wenn KA den Stand der Technik stabil einhält 75% Ermäßigung Seminar III 3-27 4 Abwassererfassung und Abwasserableitung (Kanalisationstechnik) 4.1 Problemstellung Aufgaben und Ziele: - Ableitung aller behandlungsbedürftigen Abwässer zur KA - möglichst schnell, unschädlich, geruchlos, vollständig zur KA abzuführen Einordnung: - Teilgebiet des Tiefbaus Fachgebiet: Siedlungswasserwirtschaft 4.2 Entwässerungsverfahren und Entwässerungssysteme 4.2.1 Grundstücksentwässerung Vorbemerkung: 1. technolog. gesehen das 1.Glied der Gesamtkette der Abwasserentsorgung 2. jeder Grundstückseigentümer hat das Recht und die Pflicht sein Grundstück an die öffentl. Kanalisation anzuschließen (Anschlussrecht und – zwang) Modalitäten zum Anschlussrecht und – zwang in Orts- und Vereinssatzungen a) Leitungssystem der Grundstücksentwässerung DIN 1986 Kopie 1 1. Anschlußkanal - Leitung vom öffentl. Kanalsystem (Übergabeschacht) bis zur Grundstücksgrenze 2. Grundleitung - auf dem jeweiligen Grundstück im Erdreich verlegte Leitung, die das Abwasser dem Kanal zuleitet 3. Fallleitung - die senkrechte Leitung ohne und mit Verzweigungen, die durch ein oder mehrere Geschosse führt, über das Dach belüftet wird und das Abwasser der Grundleitung zuführt - 2 Arten: I) Schmutzwasserfallleitung (im Gebäude) II) Regenwasserfallleitung (außen am Gebäude) (Dachrinne) 4. Anschluß - Verbindungsleitung vom Geruchsverschluss des Entwässerungsgegenstandes bis zur Einmündung in die Fallleitung 5. Lüftungsleitung Sonderstellung - nimmt kein Abwasser auf, sondern muss die Be- und Entlüftung über das Dach gewährleisten! Bemessung: Sanitärtechnik! 4-28 b) Leichtstoffabscheider Begriffe: - unterscheiden alle festen- und flüssigen Inhaltsstoffe, deren Dichte kleiner ist als Wasser Kategorien: - Fettabscheider - Benzin – und Ölabscheider 1. Fettabscheider Bemessung nach DIN 4042 NG Q * f d * f t * f r * f m NG Q fd ft fr fm Nenngröße (aus Tabellen) Abwassermenge [l/s] Dichtefaktor für maßgeblichen Feststoff Erschwernisfaktor für Temperatur Erschwernisfaktor für Spül – und Reinigungsmittel Erschwernisfaktor für erhöhten Fettanfall Einbaupflichtige Betriebe: - Großküchen/ Gastronomie - Schlachthöfe und fleischverarbeitende Betriebe - Speisefettbetriebe alle Betriebe, wo Fett tierischen und pflanzlichen Ursprungs auftreten können Bauausführung: siehe Kopie: Fettabscheider 2. Benzin- und Ölabscheider Bemessung: DIN 1999 Teile 1 – 3: NG Qr 2 * Qs * f d NG Qr Qs fd Nenngröße (Tabelle) Regenwasserabfluss [l/s] Schmutzwasserabfluss [l/s] Dichtefaktor für die maßgebliche Leichtflüssigkeit (0,80 – 0,90 g/cm³) Einbaupflichtige Betriebe: - Tankstellen - Kfz – Waschanlagen - Kfz – Werkstätten - Feuerwehrübungsplätze - Druckereien alle Betriebe in denen Leichtflüssigkeiten anfallen Prinzip: siehe Kopie: Benzinabscheider in Parallelordnung 4-29 4.2.2 Entwässerungsverfahren Verfahren: Mischverfahren Trennverfahren Modifizierte Verfahren 4.2.2.1 Mischverfahren (Mischkanalisation) Charakteristik: - ein einziger Kanal für die Ableitung aller Abwasserarten (Niederschlagsund Schmutzwasser werden gemeinsam abgeleitet) - aus hydraulischen Gründen müssen Regenentlastungsbauwerke angeordnet werden - die Verlegung erfolgt durch eine Mindestüberdeckung von 1,50m Grund - Frostsicherheit - statische Stabilität - 1.Kanalisation im vergangenen Jhd. waren Mischkanäle - heute: 60% Mischkanal und 40% Trennkanäle in Deutschland Prinzip: Kläranlage Entlastung Vorfluter vereinfachtes Schema - Anordnung im Straßenprofil - nur Abwasserkanäle unter Straßen (meist mittig ans bautechn. Gründen) - Tiefenlage: Scheitelhöhe mindest. 1,50m Schematische Darstellung einer Entwässerung im Mischverfahren: QS häusliches, gewerbliches und industrielles Schmutzwasser QR Außengebiete, behandlungsbedürftiges nicht Dränenwasser, Niederschlagswasser behandlungsbedürftiges Quellen, Brunnen,... Niederschlagswasser Mischwasser behandlung Kläranlage MW-Kanal Vorfluter Vorfluter/ Grundwasser Vorteile: 4-30 1. Übersichtlichkeit - im Straßenkörper nur ein einziger Kanal - nur ein Hausanschluss Fehlanschlüsse nicht möglich 2. Bauaufwand - geringe Beanspruchung des Straßenquerschnitts - geringe Kanallänge 3. Investkosten - i.d.R. geringe Investkosten 4.2.2.2 Trennverfahren (Trennkanalisation) Charakteristik: - zwei separat, getrennt Leitung: Schmutzwasser direkt zur KA Regenwasser auf kürzesten Wege häufig ohne Behandlung zum nächsten Vorfluter - beide Kanäle in Baugrube: Regelprofil: Anordnung hat ökolog. Gründe (Havariemindestverlegtiefe h = 1,50m) h RWK SWK Prinzip: Kläranlage Vorfluter Schmutzwasser Regenwasser Schematische Darstellung einer Entwässerung im Trennverfahren 4-31 QS häusliches, gewerbliches und industrielles Schmutzwasser QR behandlungsbedürftiges nicht Außengebiete, Niederschlagswasser behandlungsbedürftiges Dränenwasser, Niederschlagswasser Quellen, Brunnen,... Regenwasserbehandlung Kläranlage SW- Kanal RW- Kanal Vorfluter Vorfluter Vorfluter/ Grundwasser Vorteile des Trennverfahrens 1. Ökologisch - Schmutzwasser gelangt erst nach einer geeigneten Reinigung in den Vorfluter (bei Starkregen kann im Mischverfahren verunreinigtes Schmutzwasser in den Vorfluter gelangen) - Regenwasser auf dem jeweils kürzesten Weg zum Vorfluter 2. Technologisch - Regenentlastungsbauwerke sind nicht erforderlich - Kläranlage wird gleichmäßiger belastet - Pumpstation und Verbindungssammler können hydraulisch kleiner bemessen werden 3. Betriebskosten - Pumpstation von Kläranlage geringer bemessen siehe Kopie: Straßenquerschnitte von beiden Verfahren Gegenüberstellung von Trenn- und Mischverfahren genereller Nachteil der beiden klassischen Entwässerungsverfahren: - Regenwasser insgesamt (behandlungsbedürftig oder nicht) wird erfasst und mehr oder weniger weit aus dem Niederschlagsgebiet herausgeführt steht der Grundwasserneubildung erst mal nicht zur Verfügung! 4-32 4.2.2.3 Modifizierte Verfahren a) Modifiziertes Mischverfahren Schematische Darstellung einer Entwässerung im modifizierten Mischverfahren QS häusliches, gewerbliches und industrielles Schmutzwasser QR behandlungsbedürftiges nicht Außengebiete, Niederschlagswasser behandlungsbedürftiges Dränenwasser, Niederschlagswasser Quellen, Brunnen,... Mischwasserbehandlung Retention Nutzung Ableitung Versickerung Kläranlage MW- Kanal Vorfluter Vorfluter Vorfluter/ Grundwasser b) Modifiziertes Trennverfahren Schematische Darstellung einer Entwässerung im modifizierten Trennverfahren QS häusliches, gewerbliches und industrielles Schmutzwasser QR behandlungsbedürftiges nicht Außengebiete, Niederschlagswasser behandlungsbedürftiges Dränenwasser, Niederschlagswasser Quellen, Brunnen,... Kläranlage Regenwasserbehandlung SW-Kanal RW- Kanal Vorfluter Vorfluter 4-33 Retention Nutzung Ableitung Versickerung Vorfluter/ Grundwasser 4.2.3 Entwässerungssysteme Art des Transports des Abwassers im Kanalnetz a) Gefälleleitung - Verlegung der Kanalleitung im freien Gefälle - nicht vollgefüllt bemessen Freispiegelleitung (teilgefüllt zu bemessen und zu betreiben) b) Druckleitung - zur Überwindung größerer Entfernung bzw. von Geländeerhebungen Prinzip - Abwässer in Sammelschacht gefasst (Tiefpunkt) i.d.R. topograph. Tief - dient als Pumpenvorlage und der Transport erfolgt mittels Abwasserpumpen in Druckleitungen - vollgefüllt bemessen und betreiben c) Druckentwässerung (Sonderverfahren) - für kleine Entwässerungsgebiete sinnvoll anwendbar Prinzip: - Abwasserleitungen bilden Ringnetz - jedes Haus hat eigene Pumpe - Netzdruck: 1,5 – 4,0bar siehe Kopie: Schematische Darstellung einer Druckentwässerung d) Vakuumentwässerung - Verästelungsnetz - Vakuumstation vor Kläranlage zieht Abwasser an - Netz: Unterdruck 0,6 – 0,8bar Faustregel für Anwendung der Entwässerungsverfahren und -systeme: - grundsätzlich für größere Städte: Mischverfahren und Gefälleleitungen - für ländliche Gebiete: Trennverfahren und Druckleitungen 4-34 4.3 Berechnung der Abwasserkanalisation 4.3.1 Hydraulische Berechnung der Abwasserkanäle 4.3.1.1 Allgemeine Grundlagen für die Rohrleitungsbemessung a) Nennweiten Kennzeichen: DN Nenndurchmesser [-] Innendurchmesser[mm] Mindestnennweiten: - Schmutzwasserleitung im Trennverfahren - Regenwasserleitung im Trennverfahren - Leitungen im Mischverfahren - Anschlussleitungen DN 200 DN 250 DN 250 DN 100 b) Fließgeschwindigkeit Symbol: v [m/s] vmin bei Vollfüllung vmin bei Teilbefüllung = 0,8m/s = 0,5m/s Vermeidung von Ablagerungen vmax bei Schmutzwasserleitung im Trennverfahren vmax bei Regenwasserleitung im Trennverfahren vmax bei Mischwasserleitungen = 3m/s = 8,0m/s = 8,0m/s (1) (1) bei Fließgeschwindigkeiten > 3,5m/s ist zusätzlich die Lufteinmischung zu berücksichtigen! Vermeidung von Kavitation und Abreibung c) Füllungsgrad - bei Gefälleleitung (Freispiegelleitung): max 90% - bei Druckleitungen: Vollfüllung d) Gefälle I[] - bei Gefälleleitungen: Is (Sohlengefälle) - Faustregel: 1 I s ,min , Dn _ in _ mm DN 1 I s ,max , DN _ in _ cm DN Bsp: DN 300 1 I s ,min 3, 3 o oo 300 I s ,max 1 3, 3 o o 30 4-35 - bei Druckleitungen: IE (Energiegefälle) h IE r l hr Reibungsverlusthöhe l Länge 4.3.1.2 Hydraulische Berechnungsgleichung für Rohrleitungsbemessung Grundlagen siehe Strömungslehre Gleichungen für Abwasserkanäle Verfahren nach Prandt/ Colebrock ATV A110/ A118 1) Kontinuitätsgleichung Q A*v Q Durchfluss [m³/s] A Querschnittsfläche [m²] v Fließgeschwindigkeit [m/s] 2) Formel von Darcy/ Berücksichtigung der Reibungsverluste hr * hr L d g IE L v2 * d 2g bzw. IE * 1 v2 * d 2g Reibungsverlusthöhe [m] Widerstandsbeiwert [-] Rohrleitungslänge [m] Rohrleitungsdurchmesser [m] Erdbeschleunigung [m/s²] Energieliniengefälle [-] 3) Formeln für Widerstandsbeiwert kb 2,51 2 * log Re* 3,71 * d 1 Re kb Reynoldszahl [-] betriebliche Rauheit [mm] für Abwasserkanäle gilt: - kb = 1,5mm für Kanäle mit seitlichen Zuflüssen und Schächten alle Materialien, außer Plaste - kb = 1,0mm für Kanäle ohne seitliche Zuflüsse und Schächte 4-36 4) Gleichung für den Abfluss in volllaufenden Kreisrohren Q *d² 4 kb 2,51 * 2 * log* * d * I E * 2 g Re* 3,71* d Auswertung: Tabellenbücher/ Nomogramme/ Software 4.3.1.3 Vorgehensweise bei der hydraulischen Rohrleitungsbemessung ATV-Arbeitsblätter A110 und A118 1. Ermittlung der Bemessungswassermenge QB: - Schmutzwasserkanal (Trennverfahren) QB Qt Qh Q g ,i Q f QB Qt Qh Qg,i Qf - Bemessungswassermenge [l/s] Trockenwetterabfluss häusliches Schmutzwasser gewerbl. bzw. ind. Schmutzwasser Fremdwasser Regenwasserkanal (Trennverfahren) QB Qr * * rB * AE Qr Regenwasserabfluss [l/s] Zeitbeiwert [-] Abflussbeiwert [-] rB Bemessungsregen [l/(ha*s)] AE Einzugsgebiet [ha] - Mischkanal: QB Qm Qt Qr Qm Qt Qr Mischwasserabfluss Trockenwetterabfluss Regenwasserabfluss 2. Ermittlung bzw. Wahl des Gefälles: - Wahl von IS (Sohlengefälle) bei Freispiegelleitungen Ermittlung von IE (Energieliniengefälle) bei Druckleitungen 4-37 3. Ermittlung bzw. Wahl der kb- Werte: - kb = 1,5mm für „normale“ Kanäle kb = 1,0mm für „gerade“ Kanäle 4. Ermittlung der Nennweiten DN und der zugehörigen Fließgeschwindigkeit v (Tabelle, Nomogramm, Software): - - Eingangswerte: Ergebnisse: QB, I, kb DN, v 5. Nachweisführung: - Fließgeschwindigkeit v Teilfüllung Q0 (bei Freispiegelleitungen) 4.3.2 Methoden der Kanalnetzberechnung Einordnung: Planung von Kanalnetzen - bei Entwässerung größerer, zusammenhängender Gebiete Abwassernetze (keine einzelnen Leitungen!), die hydraulisch zu berechnen sind Formen von Kanalnetzen: siehe Kopie: Charakteristische Formen von Entwässerungssystemen 4.3.2.1 Übersicht über die Methoden der Kanalnetzberechnung Methoden der Kanalnetzberechnung (Mischwasser/ Regenwasser) Verfahren Einschätzung 1. Einfache Listenrechnung mit konst. Berechnung einfach Abflussbeiwerten u. konst. - bei großen Gebieten Bemessungsregen ungenau Qr * r15,1 * AE Anwendung - - für kleine gleichförmige Gebiete wenn die Fließzeit kleiner als die Regendauer ist hydrolog. rechnerisch 2. Zeitbeiwertverfahren Zeitbeiwert und Abflussbeiwert sind variierbar Qr * * rB * AE hydrolog. rechnerisch - Zeitaufwand mittel genauer als Verfahren 1 Form des Einzugsgebietes wird unzureichend berücksichtigt 3. Zeitabflussfaktorenverfahren 4-38 - - für zusammenhängende Einzugsgebiete mit etwa gleichförmiger Struktur sehr häufig angewendet Listenrechnung mit Zeitabflussfaktor Qr t * * rB * AE hydrolog. rechnerisch - - Zeitaufwand mäßig ähnlich Verfahren 2 mit zusätzl. Berücksichtigung von Regen längerer Dauer 4. Flutlinienverfahren/ Summenverfahren zeichnerische Darstellung - Zeitaufwand sehr hoch des jeweils größten genauer als Abflusses Verfahren 1 - 3 hydrolog. zeichnerisch + rechnerisch 5. Hydrodynamische Verfahren mathematische Beschreibung der Abflussvorgänge im Kanalnetz in Abhängigkeit von Ort und Zeit (partielle Differentialgleichung) 4.3.2.2 - sehr hohe Genauigkeit komplex und kompliziert Nutzung von Spezialsoftware: HystemExtran, Kosim - - auch für Einzugsgebiete mit ungleicher Struktur neueres Verfahren - für ungleichförmige und größere Einzugsgebiete - Kanalnetzberechnungen beliebiger Strukturen und Größe Langzeitsimulation Nachrechnung bestehender Netze - Ausgewählte Methoden der Kanalnetzberechnung a) einfache Listenrechnung (Verfahren 1 gemäß Übersicht) Einschätzung: einfachste und älteste Verfahren in der Kanalnetzberechnung geeignet für nähere Entwässerungsgebiet für große Gebiete zu ungenau Anwendung: für kleinere Entwässerungssysteme mit ähnlicher gleichförmiger Struktur Mischverfahren mit häufiger Regenwasserentlastung Regenwasserkanalisation mit häufiger Regenwasserentlastung in den Vorfluter Schmutzwasserkanalisation Prinzip: gesamtes Netz wird mit konst. Abflussbeiwert berechnet konst. Bemessungsregen: rB = r15,1 (t = 15, n = 1) 1 Qr * r15,1 * AE - tabellarische Berechnung in einer Liste Beispiel für Listen Kopf: siehe Kopie siehe Seminaraufgabe b) Zeitbeiwertverfahren (Verfahren2 gemäß Übersicht) Einschätzung: sehr häufig in Praxis angewendet für weitere Entwässerungsgebiete ausreichend 4-39 Anwendung: für zusammenhängende Gebiete gleicher oder ähnlicher Struktur Mischwasserkanäle mit Regenwasserentlastung Regenwasserkanäle mit Regenwasserabgabe in Vorfluter Schmutzwasserkanäle Prinzip: analog/ ähnlich Listenrechnung zusätzlich: Berücksichtigung des Zeitbeiwert Anpassung eines Bemessungsregens rB variierbar: Abflussbeiwert Qr * * rB * AE Beispielaufgabe siehe Seminar Seminar IV 4.3.3 Statische Berechnung erdverlegter Abwasserleitungen Notwendigkeit: aus den einwirkenden Lasten es wirken: Erdlasten statisch Oberflächenlasten (Bebauung u.ä.) Verkehrslasten dynamisch sonstige Lasten (Grundwasserauftrieb, Eigenlast der Rohre, Abwasserlast u.ä.) Ziel: dauerhafte Bruchsicherheit: gilt für statisch steife Rohre (Bruchsicherheitsnachweis) Materialien: Guss, Steinzeug statisch weiche Rohre (Verformungsnachweis) Material: Plaste Berechnungsvorgang für den Bruchsicherheitsnachweis statisch steifer Rohre: DIN 4033: ATV A127: „Richtlinien für den Rohrleitungsbau“ „Richtlinien für die statische Berechnung von Abwasserleitungen“ Vorgehensweise: 4-40 a) Bestimmung der Erdlast PE: siehe Kopie: PE * G * * b * h PE Erdlast [kN/m] Abminderungsfaktor infolge der Reibungskräfte an den Grabenwänden Silotheorie[-] G Gewicht des Füllbodens [kN/m] Wichte des Füllbodens [kN/m³] b Grabenbreite im Scheitel [m] h Überdeckungshöhe im Scheitel [m] 2 Fälle: 1. ohne Bodenverdichtung: PE’ = PE P E’ unmittelbare Rohrbelastung PE Erdlast 2. mit Bodenverdichtung nach DIN 4033 d b PE ' a * PE 2b da Außendurchmesser: [m] Beispielaufgabe: Seminaraufgabe 4.7 b) Bestimmung der Oberflächenbelastung des Grabens P0 sind an der Oberfläche des Grabens zusätzliche Lasten vorhanden (Lagergut, Fundamentlasten), so wird der Einfluss dieser Oberflächenlasten auf die Grabenlast in Scheitelhöhe des Rohres nach folgender Gleichung berechnet: PO 0 * pO PO 0 pO Oberflächenbelastung in der Scheitelebene des Rohres [kN/m] Abminderungsfaktor in folge der Reibungskraft an den Wänden [-] spezifische Oberflächenbelastung je Grabenlänge [kN/m] Beispielaufgabe: Seminaraufgabe 4.8 c) Bestimmung der Verkehrslasten (dynamische Belastung) 4-41 unter Verkehrsflächen verlegte Abwasserkanäle sind neben statischen Belastungen vor allem dynamischen Verkehrsbelastungen ausgesetzt. Die Berechnung der Druckausbreitung im Boden erfolgt mittels: Elastizitätstheorie: - PV * p V *d a PVVerkehrsbelastung des Rohres [kN/m] Stoßfaktor, abhängig von Regelfahrzeug pV spezifische Verkehrslast im Rohrscheitel, bezogen auf Grundrissfläche des Rohres [kN/m²] da Außendurchmesser [m] Regelfahrzeuge nach DIN 1072 siehe Kopie: SLW Radlast [kN] Stoßfaktor LKW 60 45 30 100 75 50 12 6 3 1,2 1,3 1,4 Beispielaufgabe: Radlast [kN] vorn hinten 20 40 10 20 5 10 Stoßfaktor 1,5 1,7 1,9 Seminaraufgabe 4.9 d) Nachweis der Bruchsicherheit Prinzip: Vergleich der Prüflast/ Bruchlast FN (Belastung der Rohre auf Scheiteldruckprüfung beim Hersteller) der Rohre mit der gesamten Belastung, die auf das erdverlegte Rohr wirkt Bedingung: FN PE PO PV EZ Sicherheitsbeiwert (ATV – A127) Faserzement Beton Steinzeug PE PO PV EZ 2,2 2,2 2,2 Stahlbeton Plaste Stahl, Guss 1,75 2,5 1,5 Erdlast [kN/m] Oberflächenlast [kN/m] Verkehrslast [kN/m] Einbauziffer Bedeutung der Einbauziffer: 4-42 Über die EZ wird die Lagerung des Einbaus der Rohre berücksichtigt je besser die Lagerung im Erdreich, desto geringer die Erdbelastung auf die Rohre EZ gibt an, um das wievielfache die Tragfähigkeit der eingebauten Rohre höher liegen als bei der Scheiteldruckprüfung FN EZ: 1,3 ... 4 - siehe Kopie 4.4 Kanalbaustoffe, Kanalprofile und Kanalbauwerke 4.4.1 Kanalbaustoffe Problemstellung Kanalbaustoffe müssen unterschiedlichen Belastungen standhalten: 1. Statische und dynamische Belastungen 2. chem. Belastungen/ Beanspruchung z.B. aggressives Abwasser 3. phy./ mechan. Belastungen z.B. Abrieb durch ständiges Wasserfließen und Wasserinhaltsstoffe maßgeblich für Materialwahl: Einsatz/ Zweck Abwasserart Einsatzort Verlegtiefe, Verlegebed. ... Lebensdauer der Materialien Preis, Kosten Kanalbaustoffe 1) Beton (Normalbeton/ unbewehrte Beton) DIN 4032 Liefergrößen: DN 100 bis DN 1500 Vorteil: relativ preiswert relativ hohe Lebensdauer Nachteil: geringer Widerstand gegen chem. Belastungen (pH < 5 Auflösen der Rohre) häufig im kommunalen Abwassernetz angewendet nicht für industrielle Abwässer 2) Stahlbeton (bewehrter Beton) DIN 4035 Liefergrößen: DN 300 bis DN 3000 Vorteil: Ableitung großer Wassermengen (Regenwasser) mechan. Festigkeitswerte höher siehe 1. 3) Steinzeug (Ton + Quarzsand gebrannt + Glasur) DIN EN 295 Teil 1 Liefergrößen: DN 100 bis DN 1200 älteste Material für Abwasserkanäle Vorteile: gute hydraulische Eigenschaften chem. resistent hohe/ höchste Lebensdauer über 80 Jahre Nachteil. mechan. Festigkeit/ Beständigkeit eingeschränkt statische Festigkeit 4-43 4) Faserzement FZ DIN 19830, 19831, 19850, 19800 Liefergrößen: DN 100 bis DN 1500 Vorteil: geringe Reibungsverluste geringes Gewicht Nachteil geringe mechan. Abriebfestigkeit 5) Metall a) Gusseisen: DIN 19690 – 19692 b) Stahl: DIN 19530 Liefergrößen: DN 50 bis DN 2000 Vorteil: hohe Festigkeit Nachteil: Korrosionsschutz notwendig 6) Kunststoffe a) PVC: b) PP: c) PE-HD: DIN 8061, 8062, 19534 DIN 19560 DIN 8074, 8075, 19534 Liefergrößen: DN 50 bis DN 1200 Vorteil: hohe Beständigkeit gegen chem Abwässer einfache Bearbeitung und Verlegung im Boden geringe Kosten kein Korrosionsschutz nötig geringes Gewicht Nachteil: mechan. Festigkeit/ Beständigkeit eingeschränkt statische Festigkeit 4.4.2 Kanalprofile bzw. Kanalquerschnitte man unterscheidet: offene Kanalprofile (oben offen9 geschlossene Kanalprofile a) Offene Kanalprofile: zwei Fälle zur Anwendung: (1) Ableitung von Regenwasser in möglichst wenig bebauten Gebieten (2) auf Kläranlagen als Verbindung zwischen den einzelnen Stufen b) Geschlossene Kanalprofile: im Regelfall in bebauten Gebieten vorgeschrieben, zur Ableitung von Schmutz- und Regenwasser Kanalquerschnitte: 3 Grundformen, Sonderformen siehe Kopie Kreisquerschnitt Eiform Maulformquerschnitt a. Kreis: häufigste Form DN < 500 immer als Kreis am günstigsten in hydraulischer Hinsicht - b. Eiform: 4-44 Einsatz nur bei Großen Unterschieden zwischen Trinkwasser- und Regenwasserabfluss auch bei geringen Abflussmengen größere und tiefere Baugruben als beim Kreis c. Maulform: Einsatz bei sehr großen Mengen, flach und breit angelegt niedrige Baugruben erforderlich statisch sehr stabil, wenig geeignet bei Teilfüllung 4.4.3 Kanalisationsbauwerke Aufgaben: Gewährleistung eines einwandfreien Abwasserabflusses (einwandfreies Fließverhalten) die gesamte Sicherung des Betriebes, Überwachung des Kanalnetzes 3 Kategorien: 1. Abwasserpumpwerke: 2. Sonderbauwerke: 3. Regenentlastungsbauwerke 4.4.3.1 Abwasserpumpwerke Aufgaben. zur Überwindung von Höhenunterschieden Überwindung größerer Entfernungen Anforderungen: an Pumpen zur Förderung von Medien: weitgehend unempfindlich gegen Verschmutzungen und Sperrstoffen möglichst verschleiß- und korrosionsfest hohe Betriebssicherheit und automat. Betrieb gewährleisten gute Anpassungsfähigkeit an wechselnde Betriebszustände möglichst hohe Labensdauer Pumparten in der Abwassertechnik (1) Kreiselpumpen mit Abstand die häufigste Pumpenart Betriebsparameter siehe Wasserversorgung Aufbau. siehe Kopie Aufstellungsmöglichkeiten: siehe Kopie trocken aufgestellt Tauchmotorpumpen (2) Verdrängerpumpen Kolbenpumpen Exenterschneckenpumpen (für feststoffhaltige Medien) siehe Kopie (3) Hebewerke Förderschnecken siehe Kopie 4-45 siehe Kopie Druckluftheber (Mammutpumpe) (Praktikumanleitung) - 4.4.3.2 Sonderbauwerke im Kanalnetz ATV A241 a) Einstiegs- und Kontrollschächte benötigt für Kontrollzwecke, Reinigungszwecke und zur Be- und Entlüftung vorzusehen bei: jeder Richtungsänderung Profiländerung Nennweitenänderung Materialänderung Richtwert für max Entfernung zwischen zwei Kontrollschächten = 80m siehe Kopie b) Verbindungsbauwerke dienen der Aufnahme von einmündenden Seitenkanälen siehe Kopie c) Absturzbauwerke notwendig bei starken Gefällestrecken um die max Fließgeschwindigkeiten einzuhalten siehe Kopie d) Kreuzungsbauwerke zur Unterquerung von Hindernissen z.B. Versorgungsleitungen Straßen, Eisenbahnlinien, Autobahnen,... Flüsse,... siehe Kopie 4.4.3.3 Regenentlastungsbauwerke bei Mischverfahren ATV – AB: A117, A128 Aufgaben: Entlastung von Kanalnetzen, Pumpwerken und Kläranlagen durch speichern bzw. Ableiten der Abflussspitzen eines Regenereignisses zum Vorfluter Anwendung: Mischwasserkanalisation Regenwasserkanalisation Arten: - Regenüberläufe RÜ 4-46 - Regenüberlaufbecken RÜB Regenrückhaltebecken RRB Regenklärbecken RKB Regenwasserversickerung (Sonderart) Berechnungsmethoden: a) vereinfachtes Aufteilungsverfahren b) Nachweisverfahren mittels Schmutzfrachtsimulation 1. Regenüberläufe RÜ Prinzip: Zulauf QZU RÜ Ablauf QAB Überlauf QÜ Vorfluter zur Kläranlage zum Vorfluter Wasserführung bei Starkregen normale Wasserführung Bemessung vereinfacht: 1:7 = Trockenwetter : Regenwetter genauer: rkrit = 7 – 15 [l/(s*ha)] Charakteristik RÜ bestehen aus Zulaufkanal, dem Ablaufkanal zur Kläranlage und einem Entlastungskanal zum Vorfluter (angeordnet im Überlaufbauwerk) einfachste und älteste Form der Regenentlastungsbauwerke 2. Regenüberlaufbecken RÜB Prinzip: 4-47 Zulauf QZU Ablauf QAB RÜB Überlauf QÜ Vorfluter Trennwand Überlauf Kläranlage Charakteristik: dienen der Abminderung von Regenabflussspitzen wie RÜ im Gegensatz zu RÜ sind es hier Becken i.d.R. au Beton d.h. bestimmtes Beckenvolumen, wo mechan. Klärung erfolgt ab bestimmten Regenwassermenge springt Überlauf an, der Beckenrückstand wird zur Kläranlage geleitet Vorteil: ökolog. Art mechan. Reinigungseffekt aber sehr teuer 3. Regenrückhaltebecken RRB Prinzip: Zufluss QZU RRB Abfluss QAB Notüberlauf Vorfluter 4-48 Notüberlauf Kläranlage Charakteristik: RRB dienen der Regenwasserrückhaltung durch Speicherung bei Regenereignissen sie werden so bemessen, dass sie die Normalregenbelastung aushalten nur bei Starkregen nicht ausreichend gedrosselte Abgabe an Netz i.d.R. kein Abschlag häufig bei Mischverfahren vor Kläranlage 4. Regenklärbecken RKB Prinzip: Zulauf QZU, RÜ RKB Schlamm zur Kläranlage Überlauf QÜ Vorfluter Trennwand Überlauf Schlammabzug Charakteristik RKB sind Absetzbecken für verschmutztes Regenwasser mechan. Verunreinigung in verschmutztem Regenwasser reduziert RÜ zu Vorfluter Schlamm zur Kläranlage Konstruktion der RKB ist ganz analog wie Absetzbecken bei Abwasserreinigung Anwendung: Trennverfahren im Regenwasserkanal 4-49 - Mischverfahren im Entlastungskanal im Regenüberlauf 5. Regenwasserversickerung Charakteristik: dezentrale (Vorort) Versickerung des Regenwassers ins Erdreich Reduzierung der Abflussspitzen Regenentlastung Regen steht unmittelbar zur Grundwasserneubildung (~Anreicherung) zur Verfügung abhängig von: Bodenart Verschmutzungsgrad des Regenwassers grundsätzlich. eingesetzt in wenig bebauten Gebieten (ländl. Regionen) Bedarf einer behördlichen Genehmigung nicht in geschlossen bebauten Gebieten (Städte,...) einsetzbar Anforderungen an den Standort: (Richter 1985) Kriterium kleinster zul. Durchlässigkeitsbeiwert kf Flächenversickerung sonstige Abstand der Flächenversickerung Anlagensohle zum Muldenversickerung höchsten Grabenversickerung Grundwasserstand Abstand zur Wassergewinnungsanlage Abstand zu Bauwerken Abstand zu Grundstücksgrenzen zulässige Geländeneigung Qualität des Versickerungswassers größer 1,0 m außerhalb Schutzzone I + II größer 6,0m größer3,0m unverschmutzt 4.5 Kosten der Kanalisation und Ermittlung des Abwasserpreises 4.5.1 Kosten der Kanalisation Kostenarten: 1. Investkosten/ Herstellungskosten/ Baukosten: Planungskosten (HOAI) ~ 10% Baugrunduntersuchung Baustelleneinrichtung Bodenaushub Material für Rohre und Zubehör Verlegung/ Montage Prüfung/ Abnahme Widerherstellung des Originalzustandes Richtwerte (grobe Orientierung): für Verbindungssammler: ca. 400 – 1400 DM/m 4-50 2*10-5m/s 5*10-6m/s für Ortsnetze: ca. 2000 – 3000 DM/EZ - 2. Betriebskosten Pumpkosten (Energiekosten) Überwachung/ Kontrolle/ Wartung Instandhaltungskosten sonstige Richtwerte (grobe Orientierung): jährlich ca. 0,5 – 1,0 % von Investkosten 4.5.2 Ermittlung des Abwasserpreises Basis. Jahreskosten J J I I i * I B mit Abschreibung L L J I L B i Jahreskosten [DM/a] Investkosten [DM] Lebensdauer [a] Betriebskosten [DM/a] Zins- und Tilgungssatz [1/a] mittlere Lebensdauern: Freispiegelkanäle >50a Druckleitungen >40a Pumpstation >40a Pumpstation (maschinen-tech. Ausrüstung) Regeltechnik 12a 15a Abwasserpreis: PA PA J Qa J Qa Abwasserpreis [DM/m³] Jahreskosten [DM/s] Jahresabwassermengen [m³/a] 4-51