-
1. Erfindungsbeschreibung:
-
Alle bisherigen Maßnahmen zur Gesamtrückhaltung von Überlaufmengen bedingen große bauliche Aufwendungen für Staubecken und Wasserbauwerken. Ziel der Erfindung ist es, durch die Kombination preiswerter Einzelkomponenten wie die kostengünstige Verlegung von Rohrspeichern mit vergrößertem Querschnitt bzw. die Umnutzung vorhandener Entlastungskanäle in Kombination mit am unteren Ende angelegter Entlastungsbodenfilter mit speziell konfektioniertem Sand den Einlauf von schadstoffbelastetem Mischwasser bei Regenereignissen gänzlich zu unterbinden, bzw. auf nur sehr vereinzelt auftretende Starkregenereignisse zu beschränken (siehe Zeichnung 1).
-
Durch die Umnutzung eines bestehenden Entlastungskanals als Rohrspeicher (Kanalspeicher), kombiniert mit einem am unteren Ende des neuen Speichers angeordneten Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien ermöglicht es erstmals in bestehenden Mischwassernetzen die Verschmutzung von Gewässern durch unbehandelte Mischwassereinleitungen drastisch zu reduzieren.
-
Mit der Entwicklung der Retentions-Bodenfilter wurde ein wirksames Verfahren zur Mischwasserbehandlung eingeführt. Retentions-Bodenfilter können auf der Entlastungsseite zur Behandlung der von den RÜB's entlasteten Mischwasserfracht eingesetzt werden. Der bis auf Starkniederschlagsereignisse vollständige Rückhalt des schadstoffbelasteten Mischwassers erfolgt in einer dem RÜB nachgeschalteten Speicher- und Behandlungskaskade. Diese besteht aus dem umgenutzten Entlastungskanal und einem nachgeschalteten Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien. Die Speicher- und Behandlungskaskade zeichnet sich dadurch aus, dass jede Stufe der Kaskade eine Schadstoffsenke darstellt, die Belastung folglich „nach unten”, d. h. vom RÜB in Richtung Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien abnimmt.
-
Der vollständige Rückhalt der Entlastungsfracht setzt den Verschluss, d. h. Abmauerung des Entlastungskanals vor dem Gewässer voraus. Dies ist im Sinne der neuartigen Funktion des ehemaligen Entlastungskanals konsequent. Je geringer nämlich der Entlastungsgrad des RÜB's wird, desto mehr verliert der Entlastungskanal seine ursprüngliche Funktion der Ableitung der Überläufe in den Vorfluter, folglich entwickelt sich der bestehende Entlastungskanal „immer mehr zu totem Kapital”. Dabei kann aber in hervorragender Weise der bisherige Entlastungskanal als Speicher- und Behandlungskaskade umgenutzt werden, wobei die Entlastung in die unterste Stufe, in den Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien erfolgt. Der unterhalb der Abmauerung verbleibende, möglichst kurze Stummel des Entlastungskanals hat dann lediglich noch durch eine Überlaufschwelle eine Notüberlauf-Funktion für Extremereignisse, falls dieser nicht über einen Notüberlauf des Bodenfilters erfolgen kann. Bedingt durch die Abmauerung verbleibt im ehemaligen Entlastungskanal ein großes Einstauvolumen. Der Verfahrensansatz sieht die Entleerung des Einstauvolumens mittels Pumpe zum RÜB vor. Für die Entleerung genügt eine Pumpe mit geringer Leistung, um eine Entleerungszeit in wenigen Stunden sicherzustellen. Die Druckleitung kann kostengünstig mittels Schellen am Scheitel des Staukanals befestigt werden. Die Entleerung kann optimal wasserstandsgesteuert bereits dann einsetzen, wenn im RÜB hierfür Kapazität vorhanden ist. Ggfs. kann die Entleerung stattfinden, wenn dies vom Betrieb der Kläranlage am geeignetsten erscheint. Der bestehende Entlastungskanal kann bedarfsweise verlängert bzw. erweitert werden. Der Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien wird in Anspruch genommen, wenn bei Überlaufereignissen das Stauvolumen des bestehenden Entlastungskanals nicht ausreicht. Die Notüberlaufschwelle wird in Abhängigkeit der zulässigen Rückstauebene so positioniert, dass der Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien „im Freispiegel”, also freiem Überlauf beschickt wird. Vorzugsweise besteht der oberirdische Teil des Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien aus einer Bodenmulde mit geringer Tiefe. Die Beschickung aus dem Rohrspeicher erfolgt entspr. der zu erwartenden Überlaufmenge vorzugsweise durch mehrere, kostengünstige Überlaufleitungen z. B. DN 200, die analog z. B. Straßenabläufen mittels Kernbohrungen und Einbinde-/Anschlussstücken am Rohrspeicher, bzw. umgenutzten Entlastungskanal angesetzt sind und in geringer Höhe über der Sohle des Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien einmünden. Dies hat den Vorteil, dass der Bodenfilter möglichst gleichmäßig auf seiner gesamten Länge beschickt wird. Für die Ableitung größerer Überlaufmengen sind ggfs. zusätzlich größere Profile zu verwenden. Bedarfsweise kann der bestehende Entlastungskanal auch verlängert bzw. erweitert werden. Der Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien gleicht in seiner Funktion dem Spezial-Bodenfilter zur Keimelimination, welcher am unteren Ende des Sammlers vor dem Klärwerk vorteilhafterweise zum Einsatz kommt. Die Funktion der Keimelimination wird durch das gleiche Filtermaterial und die analogen Ablaufbedingungen erreicht. Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien kann auf eine Sohlabdichtung verzichtet werden, dies erspart Baukosten. Das durch den Filter perkolierte Wasser wird versickert oder über eine bzw. mehrere Drängen gefasst und gedrosselt in das Gewässer abgeleitet. Vorzugsweise wird der Ablauf in das verbliebene Teilstück des Entlastungskanals eingeleitet. Auf eine Schilfbepflanzung kann aufgrund der Schwachbelastung verzichtet werden. Vorzugsweise zur Optimierung der Reinigungsleistung zur Reduktion hygienerelevanter Bakterien wird ein Teilstrom oder zeitweise der Gesamtstrom von der Pumpe bei der Entleerung der gespeicherten Mischwassermenge im Rohrspeicher bzw. im umgenutzten Entlastungskanal auf den Bodenfilter geleitet, um den Filter zu konditionieren.
-
Die Zurückhaltung hygienerelevanter Bakterien im Bodenfilter setzt einen konfektionierten Filtersand voraus. Beim Filtersand spielt die Einflussgröße Korndurchmesser als Voraussetzung hoher log-Reduzierungen der hygienerelevanten Bakterien eine Schlüsselrolle. Hierbei enthält die Fraktion Feinkornbodenart T + U Korndurchmesser, die in etwa dem Bakteriendurchmesser entsprechen, und die den Filtersanden zugemischt werden müssen. Für die Praxis ist die Kornabstufung der gesamten Kornzusammensetzung des Filtersandes bedeutend, da in grobkörnigeren Filtersanden mit T + U, die log-Reduzierung deutlich geringer ist. Der Rückhalt der hygienerelevanten Bakterien in Retentionsbodenfiltern ist weitgehend in einer Filtertiefe von ca. 50 cm abgeschlossen. Dies bedeutet, dass eine Filtertiefe von 75 cm für den Bau des Filters ausreichend ist, wenn die Parameter Filtergeschwindigkeit und Korndurchmesser in Bezug zur Bakteriengröße eingehalten sind. Mit wiederholter Mischwasserbeschickung neu hergestellter Filtersande konnte eine Zunahme des Rückhalts festgestellt werden. Die Bioadhäsion verändert durch die Zustandsänderung der Filterkornoberfläche die Möglichkeiten der Interaktion zwischen den Bakterien und der Filterkornoberfläche, indem unterschiedliche Wechselwirkungen der Bakterienadhäsion, die physikalisch-chemisch und bio-chemisch bedingt sein können, verstärkt möglich werden. Der Zeitraum zur Änderung des ursprünglich physikalisch-chemischen Zustands der Filterkornoberfläche kann für Retentionsbodenfilter betriebsbedingt nicht genau bestimmt werden, da die Qualität des Mischwassers und die Betriebseigenschaften eine Rolle spielen. Nach der Konsolidierung des Bakterienrückhalts konnte für betriebsbedingte Trockenphasen, die mit 23 Wochen simuliert wurden, festgestellt werden, dass die log-Reduzierung nach der Wiederbeschickung und am Ende der intermittierenden Betriebszeit des Filters nicht unterschiedlich war. Somit hat die Trockenphase den Rückhalt der Bakterien kaum beeinflusst.
-
Insbesondere bei größeren Mischwassernetzen führt die Anordnung von mehreren Rohrspeichern bzw. umgenutzen Entlastungskanälen mit jeweils diesen zugeordneten Bodenfiltern entlang eines Sammelkanals zum Klärwerk zu einer großflächigen Reduzierung der Einleitung verschmutzten Mischwassers in Gewässer. Zusammen mit einer zusätzlichen Maximierung der Abflüsse aus den RÜBs in den gemeinsamen Sammler wird am unteren Ende der Sammelleitung vor dem Eingang in das Klärwerk ein zusätzlicher Bodenfilter als Spezial-Bodenfilter mit konfektioniertem Sand zur Reduktion des Eintrags von hygienerelevanten Bakterien und Abwasserinhaltsstoffen angelegt, sodass dadurch in vorteilhafter Weise das Gesamtsystem volumenmaximal und kostenminimal eine Einleitung von schadstoffbelastetem Mischwasser in das Gewässer wirksam reduziert. Tabelle 1 zeigt eine Gegenüberstellung von hydrologischen Kenndaten bei unterschiedlichen Drosselabflüssen des RÜBs. Erkennbar vorteilhaft ist die Vergrößerung des Drosselabflusses des RÜB's, im Beispiel führt eine Vergrößerung von 9 auf 36 l/s zu einer ca. Halbierung der Entlastung zum Rohrspeicher, führt zu einem kleineren Bodenfilter am unteren Ende des umgenutzten Entlastungskanals bzw. Rohrspeichers. Die Erhöhung des Drosselabflusses erfolgt in Abhängigkeit der Abflusskapazität des Mischwassersammlers zum Klärwerk. Diese Mehrmenge wird vor dem Klärwerk in einen Spezial-Bodenfilter zur Reinigung eingeleitet.
-
Tabelle 1: Gegenüberstellung hydrologischer Kenndaten
-
2. Stand der Technik
-
In Deutschland werden Siedlungsgebiete vorwiegend im Mischsystem entwässert, wobei dies in Süddeutschland bis ca. 1990 die gängige Praxis war. Ab 1990 hat man auch in Süddeutschland begonnen, bei neuen Siedlungsgebieten Trennsysteme einzurichten. Beim Mischsystem werden grob vereinfacht ca. 50% des Jahresniederschlagsabflusses in Regenüberlaufbecken (RÜB's) gespeichert, die restlichen 50% werden planmäßig über Entlastungskanäle in Fließgewässer eingeleitet (siehe Zeichnung 2). Dem Mischsystem hängt somit der Makel an, dass es für die Belastung der Fließgewässer bzw. -Vorfluter maßgeblich verantwortlich ist. Beispielsweise ist die Belastung aus Kläranlagen deutlich geringer als diejenige der Mischwasserentlastungen. Die konstruktive Gestaltung und Ausrüstung ist im ATV-Regelwerk, Arbeitsblatt ATV-A 166 dargestellt. Das Arbeitsblatt ATV DWA-A 117 gibt Auskunft zur Reduzierung von niederschlagsbedingtem Abfluss von schadstoffbelastetem Mischwasser in Gewässer. Das ATV-Arbeitsblatt 128 beschreibt die Dimensionierung von Entlastungsbauwerken.
-
Eine Mischwasserentlastung (Regenentlastung) ist ein Bauwerk der Mischwasserkanalisation. Da die Spitzenabflüsse bei starken Regen nicht in der Kläranlage behandelt werden können, werden an geeigneten Standorten Mischwasserentlastungen gebaut, an denen Mischwasser in der Größenordnung des 7- bis 15-fachen (ohne weitere Speicherung) oder des 2- oder 3-fachen Schmutzwasserabflusses (mit zusätzlicher Speicherung) zur Kläranlage weitergeleitet und das restliche verdünnte aber verschmutzte Wasser in ein Gewässer oder in die Regenwasserkanalisation entlastet wird. Diese Entlastung wird manchmal mit einer Regenwasserbehandlung kombiniert (Quelle: wikipedia: Mischwasserentlastung), z. B. in Kombination mit einem eingebundenen Bodenfilter, siehe Zeichnung 3. Bekannt sind auch Stauraumkanäle, in denen das bei heftigen Regenfällen ankommende Wasser zunächst gestaut und nur gedrosselt in die nachfolgende Kanalisation abgelassen wird. Ein Stauraumkanal ist somit ein Sammelkanal mit größerem Durchmesser. (Quelle wikipedia: Stauraumkanal).
-
Bei einer Kanalisation im Mischsystem wird Schmutzwasser und Regenwasser in einem gemeinsamen Kanalnetz zum Klärwerk abgeleitet. Die Kanäle können jedoch aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht so groß sein, dass sie das gesamte Regenwasser ableiten können. An verschiedenen Stellen im Kanalnetz gibt es deshalb Regenüberläufe. Sie leiten das Wasser, das von der Kanalisation nicht mehr aufgenommen werden kann, zum nächstliegenden Gewässer ungeklärt ab.
-
Ursprünglich gab es im Kanalnetz nur einfache Regenüberläufe. Steigt der Wasserspiegel im Kanal über eine bestimmte Höhe an, fließt das überschüssige Abwasser über eine Überlaufschwelle in einen Entlastungskanal, der zum nächsten Gewässer führt. Regenüberläufe ohne Speicherraum führen zu erheblichen Gewässerbelastungen. Ein nachhaltigerer Gewässerschutz ist bisher nur durch die Zwischenspeicherung des Abwassers mit anschließender Behandlung in der Kläranlage möglich. Für die Zwischenspeicherung gibt es drei unterschiedliche technische Lösungen: Regenüberlaufbecken, Regenrückhaltebecken und Stauraumkanäle.
-
Regenüberlaufbecken sind große, meist unterirdische Speicherbecken im Kanalnetz. Sie fangen das am stärksten verschmutzte Abwasser auf, das kurz nach Beginn des Niederschlags im Kanalnetz abfließt. Das Abwasser durchfließt das Becken, dabei setzen sich die mitgeführten Feststoffe am Boden ab. Bei gefülltem Becken gelangt das mechanisch gereinigte Abwasser über einen Überlauf (meist in einem Entlastungskanal) in das nächstliegende Gewässer. Nach Ende der Niederschläge wird das gespeicherte Abwasser wieder in das Kanalnetz geleitet und gelangt dann zur Kläranlage.
-
Im Gegensatz zu Regenüberlaufbecken haben Regenrückhaltebecken keinen Überlauf in ein Gewässer. Die Becken müssen deshalb so bemessen sein, dass auch bei starkem Regen genügend Speichervolumen zu Verfügung steht. Dies bedeutet aber sehr große Investitionskosten für Regenrückhaltebecken. Nach Ende der Niederschläge wird das gespeicherte Abwasser wieder in das Kanalnetz geleitet und gelangt dann zur Kläranlage. Meist ist hierfür ein Entleerungspumpwerk erforderlich.
-
Ein Stauraumkanal erfüllt die gleiche Funktion wie ein Regenüberlaufbecken oder ein Regenrückhaltebecken. Die Bauweise ist jedoch völlig anders: Stauraumkanäle sind Sammelkanäle mit großem Durchmesser (in Nürnberg z. B. bis zu vier Metern), die sowohl Speichervolumen bieten als auch zur Ableitung des Abwassers dienen. Nach Ende der Niederschläge wird das gespeicherte Abwasser im Kanalnetz zur Kläranlage weitergeleitet. Ein Entleerungspumpwerk ist in der Regel nicht erforderlich. Bei den Stauraumkanälen gibt es zwei unterschiedliche Bauweisen: Ein Regenüberlauf-Stauraumkanal (RÜSK) besitzt, genauso wie ein Regenüberlaufbecken, einen Überlauf in ein naheliegendes Gewässer. Auch hier findet eine mechanische Reinigung des Abwassers statt, bevor es bei gefülltem Speichervolumen in das Gewässer überfließt. Das abfließende Wasser ist jedoch noch stark mit hygienisch relevanten Bakterien belastet. Ein Regenrückhalte-Stauraumkanal (RRSK) hat, ebenso wie ein Regenrückhaltebecken, keinen Überlauf in ein Gewässer. Er muss deshalb so bemessen sein, dass auch bei starkem Regen genügend Speichervolumen zu Verfügung steht. Diese Bauwerke führen zu hohen Investitionskosten. Längere Stauraumkanäle, werden durch Steuerbauwerke in einzelne Stauabschnitte aufgeteilt. Sie ermöglichen es, das im Gefälle liegende Speichervolumen eines längeren Stauraumkanals vollständig auszunutzen. (Quelle: http://www.nuernberg.de/internet/abwasser/regenbecken.html)
-
Zur Reinigung von schwach belastetem Wasser haben sich Retentions-Bodenfilter bewährt. Bei einem Retentions-Bodenfilter handelt es sich um ein ingenieurtechnisches Bauwerk. Es reduziert durch Filtration, Sorption, Abbau und Fällung partikuläre und gelöste Wasserinhaltsstoffe bei der Bodenpassage aus dem Misch- bzw. Regenwasser. Damit können mit Retentions-Bodenfiltern weitergehende Anforderungen an eine Mischwasser- und Regenwasser-Behandlung erfüllt werden. Der Filterablauf von Retentions-Bodenfiltern wird gedrosselt, da frisch eingebaute Filtersande hohe Durchlässigkeitsbeiwerte bzw. einen hohen Filterdurchfluss besitzen. Die Durchlässigkeit verringert sich im Laufe der Betriebszeit bedingt durch die Ansammlung der abgefilterten Stoffe auf der Filteroberfläche, jedoch ohne dass dadurch Einschränkungen für einen nachhaltigen Betrieb entstehen. Retentions-Bodenfilter werden zur Behandlung stark verschmutzter Regenabflüsse von Trennsystemen und Straßen, einschl. Autobahnen, sowie von Entlastungsabflüssen von Mischsystemen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch exzellente Reinigungsleistungen und eine hohe hydraulische Rückhaltewirkung aus. Sie sind somit universell einsetzbar und eignen sich sowohl vorbildlich für die Reinigung von Regenabflüssen der Trennkanalisation, der Straßen und Autobahnen, als auch von aus Mischwasserkanalisationen entlastetem Mischwasser. Vorzugsweise bieten sich Retentions-Bodenfilter anstelle einer herkömmlichen Erweiterung von RÜB's an. Retentions-Bodenfilter werden in der Eingriffs-/Ausgleichsregelung nach § 8 des Bundes-Naturschutz-Gesetzes ungleich besser beurteilt als herkömmliche Systeme. Praktisch hatte dieser Vorteil bereits mehrfach zur Folge, dass Retentions-Bodenfilter in Naturschutzgebieten angeordnet werden konnten. (Quelle: Bioplan)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- http://www.nuernberg.de/internet/abwasser/regenbecken.html [0013]
