Reduzierung der Einleitung von Schmutzstoffen aus Mischwasserkanalisationen

ROTAMAT® Siebanlage RoK 2 an der Entlastungsschwelle mit einem nachgeschalteten Messwehr
ROTAMAT® Siebanlage ROK 2 mit nachgeschaltetem Messwehr während eines Entlastungsereignisses
Darst. der Frachten als Beispiel einer Kläranlage und Einzugsgebiet mit 50.000 EW
Anteile der Abschlagswassermengen eines RÜB mit ländlichem Einzugsgebiet
Darstellung der CSB - Fracht als Jahresbilanz eines Einzugsgebietes

Im Rahmen eines Forschungsprojektes wird zurzeit eine Möglichkeit zur Belastungsreduzierung für Gewässer untersucht, welche dem Stand der Technik unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen und ökonomischen sowie den tatsächlichen örtlichen Gegebenheiten Rechnung trägt. Infolge des großen Interesses an innovativen Techniken im Umweltbereich durch den Bürgermeister der Gemeinde Burbach, Herrn Ewers, sowie dem technischen Leiter der Gemeindewerke, Herrn Reitz, konnte das Pilotprojekt im eigenen Hause angeregt und beim LANUV vorgestellt werden. Die Federführung zur Realisierung wurde dem Ingenieurbüro GEWATEC aus Neunkirchen übertragen. Das gesamte Pilotprojekt wird durch einen entsprechenden Antrag der Gemeinde Burbach beim Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV NRW) durch die Bezirksregierung Arnsberg nach eingehender Prüfung gefördert. Für den maschinentechnischen Anteil wird aus dem Hause Huber zur Siebung an der Entlastungsschwelle die ROTAMAT® Siebanlage RoK 2 eingesetzt.

Die weitergehende Misch- und Regenwasserbehandlung in der kommunalen Mischkanalisation ist ein zentraler Punkt im Hinblick auf einen nachhaltigen Umwelt- und Gewässerschutz geworden. Infolge des Kläranlagenbaus und durch Sanierungen von Abwassereinleitungen wurde der Gütezustand vieler Gewässer erheblich gesteigert. Es existieren, trotz aller Anstrengungen, aber noch immer ökologische Defizite, welche es zeitnah zu beseitigen gilt. Die Gründe für die Mängel sind u. a. in den Entlastungen der Misch- und Trennkanalisation bei Regenereignissen zu suchen, durch welche Schwimm- und Grobstoffe aus dem Kanalnetz in die Gewässer ausgetragen werden und dort für negative Folgeerscheinungen sorgen. Für einen zielgerichteten Umweltschutz kommt es in Zukunft deshalb darauf an, die bestmögliche Reduzierung der Gesamtemissionen aus den Regenentlastungen und der Kläranlage im Rahmen der wasserwirtschaftlichen Erfordernisse zu ermöglichen. Dazu ist auf die Wasserrahmenrichtlinie, das BWK-Merkblatt M3 sowie die Regelwerke der DWA zu verweisen. Ziel aller Regelwerke, insbesondere der neuen Maßstäbe auf europäischer Ebene, ist eine deutliche, effektive Reduzierung der eingeleiteten Schmutzstoffe. Hieraus resultiert die Motivation des im Folgenden beschriebenen Forschungsprojektes.

Infolge von Starkregenereignissen werden oftmals große Mengen an Mischwasser aus der Kanalisation in die Gewässer eingeleitet. Hierdurch gelangen gleichzeitig erhebliche Mengen an Schmutzstoffen in die Gewässer. Während der Zwischenspeicherung in Regenbecken erfolgt teilweise eine Sedimentation der Schmutzstoffe im Becken. Oftmals reicht die Sedimentation in diesen Regenwasserbehandlungsanlagen aber nicht aus, so dass im Bereich der Entlastungsanlage zusätzliche Reinigungseinrichtungen eingebaut werden müssen, welche einen zusätzlichen Schmutzstoffrückhalt bewirken sollen (Rechen und Siebe).

Konventionelle Entlastungsschwellen zeichnen sich häufig durch entsprechend lange Schwellen aus. Die Folge ist eine ebenfalls der Länge nach angepasste Sieb- bzw. Rechenanlage. Hieraus resultieren neben den entsprechenden Bau- und Investitionskosten für eine solche Reinigungseinrichtung auch erhöhte Betriebs- und Wiederbeschaffungskosten. Die während eines Entlastungsereignisses zum Abfluss kommende Wassermenge ist entsprechend der örtlichen Gebietsbeschaffenheit different und somit auch verschieden stark ausgeprägt. In ländlichen Gebieten weist diese Verteilung jedoch oftmals eine ähnliche Struktur auf. Entsprechend dem Fremdwasseranteil im Kanalnetz kann die Nachlaufzeit eines Gesamtereignisses von wenigen Tagen bis zu mehreren Wochen dauern. In der nachfolgenden Grafik werden die Anteile der Entlastungswassermengen eines RÜB mit einer mittleren Baugröße in einem ländlichen Einzugsgebiet dargestellt. Es ist ersichtlich, dass mehr als 80 % aller Entlastungen unter 200 l/s liegen und nur 3 % in ihrer Größenordnung den Auslegungskriterien den a. R. d. T. und damit den Genehmigungen der Aufsichtsbehörden entsprechen. Wird bei einer Betrachtung der Schmutzstoffeinträge in das Gewässer die Summenbilanz der Ereignisgrößen herangezogen, ist festzustellen, dass die kleinen und mittleren Ereignisse  den größten Schmutzeintrag mit einer hohen Konzentration verursachen und zu einer nachhaltigen Gewässerverunreinigung führen. Die nachfolgende Grafik stellt die abweichenden CSB-Frachten im Zulauf einer Kläranlage dar. Das Resultat ist, dass weitaus weniger Fracht der Kläranlage zugeführt wird, als bei der Auslegung theoretisch mit 5000 kg/d angenommen wurde. Ein großer Anteil der anfallenden Fracht wird ggf. über die Entlastungsbauwerke in die Gewässer entlastet.

Eine Betrachtung der Jahresbilanz der CSB-Fracht ergibt, dass die durch die Entlastungsbauwerke in die Gewässer entlastete Fracht gegenüber der Einleitung im Auslauf der Kläranlage um ein Vielfaches höher ist.
Für eine Reduzierung von Schmutzstoffeinträgen in die Gewässer ist deshalb an den dafür maßgebenden Stellen eine genaue Betrachtung der Mischwasserentlastung notwendig.
Im Bereich der Abschlagsschwelle von Entlastungsbauwerken können zusätzliche, verschiedene Reinigungseinrichtungen in Form von Sieb- bzw. Rechenanlagen eingebaut werden, welche einen Stoffrückhalt begünstigen. Eine Messung der abgeschlagenen Wassermenge aus Reinigungseinrichtung und exakter Messtechnik ist jedoch bisher noch nicht an diesem Punkt realisiert worden. Mit dem folgenden Verfahren ist insbesondere bei kleinen, stark verschmutzten Abflüssen, welche in der Summe ca. 80 % aller Ereignisse im Jahr erreichen können, ein wirtschaftlicher Stoffrückhalt mit exakter Volumenbestimmung möglich.

Die in diesem Forschungsprojekt verwendete Kombination aus Siebanlage und Messtechnik sieht vor, im Bereich der Entlastungsschwelle eine Einschnürung auszubilden, sodass bis zu einer bestimmten Wassermenge das abzuschlagende Abwasser nur diese Zwangsführung passieren kann. Die Siebanlage wird, in der Länge der Einschnürung nach angepasst, eingebaut. Untersuchungen an Entlastungsbauwerken haben gezeigt, dass eine große Anzahl an Entlastungsereignissen zu Abschlagsmengen führen, welche weit unterhalb des maximalen bzw. rechnerischen Abflusses liegen, für welche die Gesamtanlage ausgelegt wurde.

Aus dieser Erkenntnis können folgende Schlüsse gezogen werden:

  • Trotz einer Reduzierung der Länge der Siebanlage wird ein Großteil der Entlastungsmenge über die Einschnürung der Reinigungseinrichtung zugeführt.
  • Die Kosten – Nutzen – Relation dieser Reinigungseinrichtung wird dadurch erheblich gesteigert.

Es ist somit zu erwarten, dass zukünftig hinsichtlich der gestiegenen Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen diese zum Schutz der Gewässer und damit auch der Umwelt dort eingesetzt werden, wo man bisher aufgrund hoher Kosten und/oder baulicher Zwänge davon Abstand genommen hat. Zusätzlich könnte dieses Anlagenverfahren ein weiteres Instrument zur Durchsetzung der Anforderungen aus der EU-Wasserrahmenrichtlinie darstellen, um die gestiegenen Anforderungen mit einer erprobten Technik erfüllen zu können.

Folgende Zielsetzungen werden mit den Ergebnissen dieses Forschungsprojektes angestrebt:

  • Deutliche Reduzierung der in die Vorfluter eingetragenen Schmutzstoffe
  • Kostenoptimierter Einsatz der zur Verfügung stehenden Mittel im Hinblick auf die Durchsetzung der Anforderungen aus der EU-Wasserrahmenrichtlinie
  • Minimierung der technischen Ausrüstung, dadurch Reduzierung der Investitions- und Betriebskosten
  • Größtmögliche Vielfalt im Falle von Nachrüstungen in bestehenden Bauwerken
  • Genaue Erfassung der abgeschlagenen Wassermengen, insbesondere der Kleinmengen
  • Genaue Dokumentation der abgeschlagenen Wassermengen
  • Vergleichsmöglichkeit der verschiedenen Systeme bezüglich ihrer jeweiligen Reduzierung der Schmutzstoffeinträge
  • Beurteilung des Systems im Verfahrensvergleich zu den bekannten Anlagentechniken unter Berücksichtigung von
      - Investitionskosten
      - Reinigungsleistung
      - Funktionalität
      - Betriebssicherheit

Eine Datenauswertung im Rahmen einer Langzeituntersuchung kann eine wissenschaftliche Aussage zulassen, welche ökologischen Verbesserungen mit dieser Anlagenkonzeption für Einleitungen in ein Gewässer zu erzielen sind.
Zur Untermauerung des Projektzieles werden zwei vergleichbare RÜB herangezogen, welche in unmittelbarer Nähe zueinander liegen und bei denen die Einzugsgebiete eine gleiche Struktur aufweisen. Während in einem RÜB die Kombination aus Siebanlage und Entlastungsmengenmessung umgesetzt wird, wird das andere RÜB lediglich mit derselben Messtechnik ausgestattet, aber ohne Siebanlage. Seit September 2006 ist die gesamte Anlage in Betrieb und es werden die Betriebsdaten kontinuierlich aufgezeichnet und ausgewertet.

Von Christian Gelhaus
Produktmanager