zentrum für innovative abwassertechnologien an der technischen universität kaiserslautern j....

Zentrum für Innovative AbWassertechnologien

an der Technischen Universität Kaiserslautern

J. Hansen

Abstimmung zwischen

Kanalisation und Kläranlage

zur Gewässerentlastung

Abwasser-Forum 2005

02.11.2005

Otzenhausen



J. Hansen

Gliederung

(1) Einführung in die integrierte Betrachtung von Netz und Kläranlage

(2) Projekt EPIKUR

(3) Vorgehensweise

(4) Ergebnisse

(5) Interpretation der Ergebnisse

(6) Fazit



J. Hansen

Einführung in die Thematik



J. Hansen

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



J. Hansen

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



J. Hansen

Mischwasser-behandlung

Kläranlage

GewässerSiedlung

Kanal

Überlauf =+

Gesamt-emission

2*Qsx+Qf

x·Qs,aM+QF,aM

?



J. Hansen

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!



J. Hansen

Grundideen

des Projektes EPIKUR



J. Hansen

Projekt EPIKUR – Entwicklung und Erprobung eines integrierten Abwassermanagementsystems zur Emissions- und Kostenreduzierung

Projekt im Auftrag des MUF Rheinland-Pfalz: 2002 – 2006zwei 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

Projekt EPIKUR



J. Hansen

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)



J. Hansen

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=25dSpeichervolumen ca. 26m³/ha

Zweibrücken: urban geprägtes Einzugsgebiet, 16m³/ha; lt. GEP Neubau von 3.200 m³erforderlich; KA: 70.000 EW; ‚gemischte‘ Denitrifikation; tTS=12d



J. Hansen

3

4

5

6

7

8

9

0 5000 E 20.000 E 100.000 E >100.000 E

fSQ,M ZWWH

Referenzanlagen

QM=fS,QM*QS,aM + QF,aM

QS,aM , QF,aM : Abflüsse im Jahresmittel

EK

IST-Zustand:



J. Hansen

Leitparameter zur Beurteilung

zeitliche Wirkung

Belastungs-komponente

Kenngröße maßgebende Parameter

Einheit

- - Anzahl Entlastungsereignisse

n/a

- - Überlaufdauer h/a

hydraulischer Stress/ Sohlerosion

maximale Entlastungsabflüsse

Abfluss l/s akut

Ammoniaktoxizität maximaler zeitbezogener Austrag

NH4-N mg/s

verzögert Sauerstoffzehrung ereignisspezifischer Frachtaustrag

BSB5 kg/Ereignis

Verschlammung AFS

Leitparameter CSB

langfristig

Vergleich gelöster Stoff

jährliche Entlastungsfracht

NH4-N

kg/a



J. Hansen

Langzeitsimulation mit

‚Darmstädter Regenreihe‘

(repräsentatives Niederschlagsjahr)



J. Hansen

Beispielhafte Ergebnisse: Zweibrücken - Kanalnetz

60

65

70

75

80

85

90

95

100

7 8 9 10 QS+QF

Q,Dr RUEB KA erhöht

Q,Dr 4 RÜB erhöht

Q,Dr alle* RÜB erhöht

7 8 9 10 QS+QF


Q,Dr 4 RÜB erhöht


%

Entlastungsvolumen Entlastete CSB-Fracht

fS,QM

Langzeitsimulation



J. Hansen

Langzeitsimulation

%

60

65

70

75

80

85

90

95

100

7 8 9 10 QS+QF


Q,Dr 4 RÜB erhöht


7 8 9 10 QS+QF


Q,Dr 4 RÜB erhöht


Entlastete NH4-Fracht Entlastete AFS-Fracht



J. Hansen

Abschätzung der Emissionenaus Kanalnetz und Kläranlage

- Ermittlung eines ‚optimalen‘ Drosselabflusses -



J. Hansen

Ergebnisse Zweibrücken – Ermittlung Qm,opt

25.000

75.000

125.000

175.000

225.000

275.000

6 7 8 9 10 QS,aM+QF,aM

jäh

rlic

he

Fra

chte

n C

SB

[kg

]

80

85

90

95

100

105 [%]

Entlastungsfracht KN Ablauffracht KA Ablauffracht KA w. MW

Gesamtfracht Gesamtfracht w. MW proz. Gesamtfracht



J. Hansen

Integrierte Simulation mit

ausgewählten Regenereignissen

für Qm,opt



J. Hansen

Zweibrücken – integrierte Simulation

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0:0

0

1:0

0

2:0

0

3:0

0

4:0

0

5:0

0

6:0

0

7:0

0

8:0

0

9:0

0

10

:00

11:0

0

12

:00

13

:00

14

:00

15

:00

16

:00

17

:00

18

:00

19

:00

20

:00

21

:00

22

:00

23

:00

0:0

0

1:0

0

2:0

0

hN [

mm

/5m

in]

23.07.68

03.-04.09.68

05.04.68

R1...Landregen (hellblau): April

R2...Gewitterregen (dunkelblau): Juli

R3...starker Gewitterregen mit Vorregen (türkis): September



J. Hansen

integrierte Simulation für ausgewählte Regenereignisse

Gesamtemissionen RA Zweibrücken 8Qs + Qf

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

110%

R1 R2 R3

QE CSB NH4-N



J. Hansen

Fazit und Schlussfolgerungen



J. Hansen

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)



J. Hansen

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



J. Hansen

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



J. Hansen

Fazit

Erhebliches Potenzial integrierter Ansätze; formalisierte Vorgehensweise (‚Leitfaden‘) sowie weitere praktische Erfahrungen erforderlich

Demonstrationsvorhaben des Landes (MUF 2005 – 2006)

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