Kanalisation und Kläranlage zur Gewässerentlastung Abstimmung zwischen Kanalisation und Kläranlage zur Gewässerentlastung Abwasser-Forum 2005 02.11.2005 Otzenhausen

Gliederung Einführung in die integrierte Betrachtung von Netz und Kläranlage Projekt EPIKUR Vorgehensweise Ergebnisse Interpretation der Ergebnisse Fazit

Einführung in die Thematik

Einführung Kanalnetze und Kläranlagen wurden bislang in der Regel statisch und weitgehend unabhängig voneinander bemessen und betrieben: Kanalnetz (z.B. DWA Arbeitsblätter A118, A128) Kläranlagen (z.B. A131, M210) Bindeglied: Drosselabfluss Qm=2Qsx+Qf (bzw. fS,QM*QS,aM + QF,aM) Statische Betrachtungsweise kann dazu führen, dass Mischwasser entlastet wird, obwohl auf Kläranlage noch freie verfügbare Kapazitäten vorhanden sind Kläranlage bei Mischwasserzufluss an Grenzen stößt, obwohl im Netz noch Speichervolumina verfügbar sind Eine kurze Einleitung: Die Siedlungsentwässerung in der Bundesrepublik Deutschland erfolgt über-wiegend im Mischsystem. Im Regenwetterfall ist somit der Abfluss im Kanal um ein Vielfaches höher als der Abfluss bei Trockenwetter. Aus verschiedenen Gründen ist es weder sinnvoll noch möglich, diesen Abfluss komplett zur Kläranlage weiter-zuleiten. Folglich muss der Zufluss zur Kläranlage gedrosselt werden, in der Bundesrepublik normalerweise auf den üblichen Bemessungswert Qm, der in der Regel dem zweifachen Schmutzwasserzufluss Qsx plus dem Fremdwasserzufluss Qf entspricht. Der Anteil des Mischwasserabflusses, den wir nicht zur Kläranlage weiterleiten können, speichern wir entweder in Regenbecken zwischen oder aber, wir entlasten ihn in das Gewässer. Weiterhin bemessen und betreiben wir Kanal-netz und Kläranlage bis jetzt meist rein statisch, obwohl die in diesen Teilsystemen auftretenden Belastungen und Prozesse höchst dynamisch sind. Und schließlich betrachten wir Kanalnetz und Kläranlage als zwei getrennte Systeme, obwohl wir wissen, dass sie sich gegenseitig beeinflussen. Eine Folge dieser Praxis ist, dass es zu Entlastungsereignissen und damit zu Gewässerbelastungen kommen kann, obwohl noch Speicherkapazitäten im Kanal-netz und/oder Behandlungskapazitäten auf der Kläranlage vorhanden sind.

Forderung (Gewässerschutz und aus Kostenaspekte): Integrierte Planung und integrierter Betrieb von Abwassersystemen (A198, BWK M3) Was versteht man unter „integrierten Betrachtung“? Aufeinander abgestimmte Planung und Betrieb von Kläranlage und Kanalisation in Abhängigkeit der aktuellen Leistungsfähigkeit / Reserven dieser beiden Teilsysteme, um ökonomische und/oder ökologische Verbesserungen zu erzielen

Mischwasser-behandlung x·Qs,aM+QF,aM ? Mischwasser-behandlung Kläranlage Gesamt-emission 2*Qsx+Qf Kanal + = Überlauf Siedlung Gewässer

Probleme/Offene Fragen bei bisherigen Projekten Entweder Simulationen oder großtechnische Umsetzung Methodik der Untersuchungen sehr heterogen Tatsächliche (hydraulische) Randbedingungen häufig nicht angemessen berücksichtigt Praxisnäherer, nachvollziehbarer und systematischer Ansatz erforderlich!

Grundideen des Projektes EPIKUR

Projekt EPIKUR Projekt EPIKUR – Entwicklung und Erprobung eines integrierten Abwassermanagementsystems zur Emissions- und Kostenreduzierung Projekt im Auftrag des MUF Rheinland-Pfalz: 2002 – 2006 zwei Projektphasen: Simulation und großtechnische Umsetzung Ziel: Entwicklung eines Leitfadens für Planer, Betreiber und Behörden wann macht integrierte Betrachtung Sinn wie sollte hierbei vorgegangen werden (Methodik) welche Werkzeuge sollten hierbei genutzt werden (Simulation erforderlich?) Hinweise zu erforderlichen Messungen und Regelungen

Vorgehensweise Auswahl von drei repräsentativen Einzugsgebieten und Kläranlagen Auswertung Betriebsdaten; ergänzendes Messprogramm Abbildung von Netz (KOSMO) und KA (SIMBA) als Modell Kopplung der Modelle über Schnittstelle (WINKOSMO) Simulation mit unterschiedlichen Drosselabflüssen Aufzeigen des Emissions- und Kostenminderungspotenzials Umsetzung in Großtechnik Ermittlung Potenzial in Rheinland-Pfalz Verifikation (Abgleich Simulation – Großtechnik)

Referenzgebiete und - anlagen Im Hinblick auf Projektphase 2 (großtechnische Umsetzung) am besten geeignete Anlagen ausgewählt (Checkliste): Edenkoben: 15.000 / 55.000 EW (Weinbau) Wallhalben: 14.000 EW (ländlich); tTS=25d Speichervolumen ca. 26m³/ha Zweibrücken: urban geprägtes Einzugsgebiet, 16m³/ha; lt. GEP Neubau von 3.200 m³erforderlich; KA: 70.000 EW; ‚gemischte‘ Denitrifikation; tTS=12d

QS,aM , QF,aM : Abflüsse im Jahresmittel EK Referenzanlagen IST-Zustand: 3 4 5 6 7 8 9 5000 E 20.000 E 100.000 E >100.000 E fSQ,M WH ZW QM=fS,QM*QS,aM + QF,aM QS,aM , QF,aM : Abflüsse im Jahresmittel

Leitparameter zur Beurteilung

Langzeitsimulation mit ‚Darmstädter Regenreihe‘ (repräsentatives Niederschlagsjahr)

Beispielhafte Ergebnisse: Zweibrücken - Kanalnetz Langzeitsimulation Beispielhafte Ergebnisse: Zweibrücken - Kanalnetz % fS,QM Entlastungsvolumen Entlastete CSB-Fracht

Langzeitsimulation % Entlastete NH4-Fracht Entlastete AFS-Fracht

Abschätzung der Emissionen aus Kanalnetz und Kläranlage - Ermittlung eines ‚optimalen‘ Drosselabflusses -

Ergebnisse Zweibrücken – Ermittlung Qm,opt 25.000 75.000 125.000 175.000 225.000 275.000 6 7 8 9 10 Q S,aM +Q F,aM jährliche Frachten CSB [kg] 80 85 90 95 100 105 [%] Entlastungsfracht KN Ablauffracht KA Ablauffracht KA w. MW Gesamtfracht Gesamtfracht w. MW proz. Gesamtfracht

Integrierte Simulation mit ausgewählten Regenereignissen für Qm,opt

Zweibrücken – integrierte Simulation R1...Landregen (hellblau): April R2...Gewitterregen (dunkelblau): Juli R3...starker Gewitterregen mit Vorregen (türkis): September

integrierte Simulation für ausgewählte Regenereignisse

Fazit und Schlussfolgerungen

Fazit Auswirkungen eines integrierten Betriebs aus Sicht Netz Erhöhte Drosselabflüsse wirken sich hinsichtlich aller betrachteter Entlastungsparameter positiv aus (Verminderung der Emissionen, Entlastungsdauer, -häufigkeiten,...) Abstimmung der Drosselabflüsse zwischen einzelnen Becken beinhaltet weiteres Potenzial In Abhängigkeit von Belastungssituation auf der Kläranlage: Möglichkeit der Einsparung von Investitionsvolumen bei der Mischwasserbehandlung (Verringerung Speichervolumen)

Fazit Auswirkungen eines integrierten Betriebs aus Sicht KA Einhaltung der Überwachungsanforderungen kann unter bestimmten Umständen gefährdet sein Aerob stabilisierende Anlagen in der Regel unproblematisch Auswirkungen auf Nachklärung (AFS, CSB, P) abhängig vor allem von Absetzeigenschaften (ISVIST/ISVBem.) Häufig sind nicht vorhandene Beckenvolumina, sondern hydraulische Verhältnisse (verbindende Leistungen, Gerinne etc.) limitierend Überwachung/Regelung über Messgeräte

Fazit Gesamtbetrachtung Frachtbezogenes Emissionsminderungspotenzial stark abhängig von Randbedingungen (insbesondere auch Regen) reine Betrachtung der Frachten jedoch nicht ausreichend, u.a.: - ‚Art‘ des emittierten CSB aus Netz und KA unterschiedlich - Einzelereignis- und Gewässer bezogene Betrachtung erforderlich

Fazit Erhebliches Potenzial integrierter Ansätze; formalisierte Vorgehensweise (‚Leitfaden‘) sowie weitere praktische Erfahrungen erforderlich  Demonstrationsvorhaben des Landes (MUF 2005 – 2006)