TEXTE 21/2015. Kanalabdichtungen Auswirkungen auf die Reinigungsleistung der Kläranlagen und der Einfluss auf den örtlichen Wasserhaushalt

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1 TEXTE 21/2015 Kanalabdichtungen Auswirkungen auf die Reinigungsleistung der Kläranlagen und der Einfluss auf den örtlichen Wasserhaushalt

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3 TEXTE 21/2015 Umweltforschungsplan des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit Forschungskennzahl UBA-FB Kanalabdichtungen Auswirkungen auf die Reinigungsleistung der Kläranlagen und der Einfluss auf den örtlichen Wasserhaushalt von Bert Bosseler Thomas Brüggemann Amely Dyrbusch Daniela Beck Thomas Kohler Thomas Kramp Christian Klippstein Harro Stolpe Andreas Borgmann Markus Disse Frank Wolfgang Günthert Patrick Keilholz Sascha Rödel IKT Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen Im Auftrag des Umweltbundesamtes

4 Impressum Herausgeber: Umweltbundesamt Wörlitzer Platz Dessau-Roßlau Tel: Fax: info@umweltbundesamt.de Internet: /umweltbundesamt.de /umweltbundesamt Durchführung der Studie: IKT Institut für Unterirdische Infrastruktur Exterbruch Gelsenkirchen Abschlussdatum: November 2014 Redaktion: Fachgebiet III 2.5 Überwachungsverfahren, Abwasserentsorgung Simone Brandt Publikationen als pdf: ISSN Dessau-Roßlau, März 2015 Das diesem Bericht zu Grunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit unter der Forschungskennzahl gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autorinnen und Autoren.

5 Kurzbeschreibung Undichte Kanäle im Bereich der öffentlichen Abwasserentsorgung und der Grundstücksentwässerung können je nach örtlichen Gegebenheiten zu Problemen durch Infiltration von Grund-, Schichten- oder Sickerwasser führen. Im Mischsystem kann es zu vermehrten Mischwasserabschlägen und damit zur zusätzlichen Belastung der Gewässer kommen. Ein erhöhter Fremdwasseranteil wirkt sich zudem negativ auf die Kläranlagenleistung aus. Sanierungsmaßnahmen am Kanalnetz sind erforderlich, um öffentliche und private Abwasserleitungen und -kanäle abzudichten und das Fremdwasseraufkommen deutlich zu reduzieren. Im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtung sind diesbezüglich nicht nur die positiven Auswirkungen reduzierter Fremdwasserzuflüsse zur Kläranlage und zu den Entlastungsbauwerken von Interesse, sondern auch die Ökoeffizienz der eigentlichen Fremdwassersanierungsmaßnahmen am Kanalnetz und die Folgen für den örtlichen Grundwasserhaushalt. Risiken für die Umwelt können sich beispielsweise beim Einsatz energieintensiver Techniken oder ökologisch bedenklicher Baumaterialien im Zuge der Kanalsanierung ergeben. Zudem besteht bei flächenhaften Kanalabdichtungen im Grundwasser das Risiko, dass es zu einem Anstieg des Grundwassers auf ein kritisches Niveau kommt, so dass Gebäude und Vegetation beeinträchtigt werden können. Dies wird bewirkt durch den Wegfall der Dränagewirkung undichter Kanäle. Im Forschungsvorhaben wurden Nutzen, Aufwand und Risiken flächenhafter Kanalabdichtung an undichten Abwasserleitungen und -kanälen anhand von Praxisbeispielen untersucht, umfassend dargestellt und Anforderungen für die Kanalsanierung erarbeitet. Abstract Leaking sewers in public wastewater disposal networks and land drainage systems can cause varying degrees of problems, depending on local conditions, resulting from the infiltration of groundwater, stratum water or percolating water. In combined sewer systems, this can result in an increase in combined sewage discharges, leading to an increase in the level of pollution entering water bodies. An increase in the proportion of infiltration water also has a negative effect on the performance of sewage treatment plants. Rehabilitation of the sewer network is necessary to seal public and private sewage pipes and tunnels and thus effect a significant reduction in the volume of infiltrating water. To take a holistic view, it is not merely the positive effects of reducing the level of extraneous water entering treatment plants and relief structures that are of interest, but also the eco-efficiency of the infiltration water rehabilitation measures themselves that are performed on the sewer network and the consequences of these on the local groundwater balance. The use of energyintensive techniques or ecologically questionable construction materials in the course of sewer rehabilitation, for example, can also involve environmental risks. Moreover, performing sewer sealing on a large scale creates the danger of groundwater rising to a critical level and putting buildings and vegetation at risk, due to the absence of the drainage effect attributable to leaking sewers. The aim of the research project is to investigate the benefits, costs and risks associated with the large-scale sealing of leaking sewage pipes and tunnels on the basis of practical examples, to present the findings, and to draw up a list of requirements for sewer rehabilitation. 4

6 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis...8 Tabellenverzeichnis...12 Abkürzungen Zusammenfassung Hintergrund und Zielstellung des Forschungsvorhabens Undichte Kanäle und deren Auswirkungen auf das Fremdwasseraufkommen Rechtliche und technische Regelungen zum Umgang mit undichten Kanälen Auswirkungen auf Kläranlagen Auswirkungen auf Entlastungsbauwerke Kanalsanierung: Ökoeffizienz und Nachhaltigkeit Auswirkungen auf den örtlichen Wasserhaushalt Schlussfolgerungen Summary Background and objective of the research project Leaking sewers and their effect on the volume of infiltration water Legal and technical regulations relating to the handling of leaking sewers Effects on treatment plants Effects on stormwater overflows Sewer rehabilitation: eco-efficiency and sustainability Effects on the local water balance Conclusions Einleitung Hintergrund Zielstellung Vorgehensweise Situation der Kanalisation und Fremdwasseraufkommen in Deutschland Allgemeine Situation Länge und Entwässerungsart Altersverteilung Rohrmaterialien Schäden, Schadensverteilung und Zustandsklassifizierung

7 4.1.5 Fremdwasseraufkommen und dessen Herkunft Einfluss von Fremdwasser auf Entlastungsbauwerke Situation in den Modellgebieten Stadt Billerbeck Gemeinde Schwanau Abwasserverband Starnberger See Zuordnung zu den Arbeitspaketen Zusammenfassung Rechtliche und technische Regelungen Gesetzliche Regelungen und Vorschriften Europäische Richtlinien Rechtliche Vorgaben auf Bundesebene Rechtliche Vorgaben auf Länderebene Technische Regelwerke DIN-Normen DWA-Regelwerk Zusammenfassung Auswirkungen auf Kläranlagen Fallbeispiel Kläranlage Starnberger See Situation und Datenlage Auswirkungen auf die Reinigungsleistung Auswirkungen auf die energierelevanten Betriebskosten Indirekte Auswirkungen Fazit Kläranlage Starnberger See Fallbeispiel Kläranlage Billerbeck Situation und Datenlage Fremdwasser auf der Kläranlage Zusammenhang zwischen Fremdwasser und Summenparameter Energiebilanzen Fazit Kläranlage Billerbeck Abgleich der Fallbeispiele mit in der Literatur beschriebenen Praxisbeispielen Übertragbarkeit fremdwasserbezogener Zusammenhänge und Energieverbrauch fremdwasserbeeinflusster Anlagenkomponenten

8 6.5 Zusammenfassung Auswirkungen auf Entlastungsbauwerke Grundlagen und theoretische Voruntersuchungen Fallbeispiel Gemeinde Schwanau (Simulation) Situation und Datenlage Grundannahmen und Vorgehensweise Ergebnisse der Simulation Fallbeispiel Stadt Billerbeck (Datenanalyse) Situation und Datenlage Auswertung von Messdaten Zusammenfassung Nachhaltigkeit von Kanalsanierungstechniken Grundlagen Nachhaltigkeit und Ökoeffizienz Kanalsanierungstechniken Fallbeispiele Vorgehensweise zur Ökoeffizienzbewertung von Kanalsanierungstechniken Bestandteile der Ökoeffizienz Umweltverträglichkeit von Kanalsanierungsmitteln Zusammenfassung Auswirkungen auf den örtlichen Wasserhaushalt Allgemeine Situation und Schadensfälle Fallstudien und theoretische Betrachtungen Fallstudie 1: Gebiet mit parallelen Straßenzügen im urbanen Raum Fallstudie 2: Siedlungsgebiet in Hanglage Fallstudie 3: Allgemeine Setzungsbetrachtungen Zusammenfassung Schlussfolgerungen Ausblick Quellenverzeichnis

9 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Art der Kanalisation in Deutschland in Abbildung 2: Abbildung 3: Entwicklung der Altersverteilung der Kanalisation in Deutschland von 1987 bis Für die Kanalisation verwendete Rohrmaterialien im Verlauf von 1987 bis 2009, in [%] der Gesamtlänge...67 Abbildung 4: Festgestellte Schäden an Abwasserkanälen und -leitungen in Abbildung 5: Abbildung 6: Abbildung 7: Prozentuale Verteilung der Zustandsklassen von Abwasserkanälen und -leitungen in Fremdwasseraufkommen und Abwassermenge in Deutschland...71 Anzahl der Regenentlastungsanlagen der Kanalisation und der Abwasserbehandlungsanlagen in Deutschland...72 Abbildung 8: Anlagenübersicht Kläranlage Starnberger See Abbildung 9: Verfahrensfließschema der Kläranlage Starnberger See Abbildung 10: Fremdwasseranfall und Niederschlag auf der Kläranlage Starnberg Abbildung 11: Abbildung 12: Abbildung 13: Abbildung 14: Abbildung 15: Abbildung 16: N ges Zu- und Ablaufkonzentrationen bei unterschiedlichen Fremdwasseranteilen P ges Zu- und Ablaufkonzentrationen bei unterschiedlichen Fremdwasseranteilen CSB Zu- und Ablaufkonzentrationen bei unterschiedlichen Fremdwasseranteilen Mittlere Abwasser-Temperatur bei unterschiedlichen Fremdwasseranteilen N ges Zu- und Ablauffrachten bei unterschiedlichen Fremdwasseranteilen Verschiedene Abbauleistungen (in % der Fracht) bei unterschiedlichen Fremdwasseranteilen Abbildung 17: Aufteilung der Betriebskosten der Kläranlage Starnberg für Abbildung 18: Abbildung 19: Anteile der einzelnen Verfahrensstufen am Energiebedarf der Kläranlage Starnberg für Stromverbrauch mechanische Reinigung in Abhängigkeit vom Fremdwasseranteil Abbildung 20: Stromverbrauch Biofilter in Abhängigkeit vom Fremdwasseranteil Abbildung 21: Abbildung 22: Abbildung 23: Abbildung 24: Stromverbrauch Hygienisierung in Abhängigkeit vom Fremdwasseranteil Stromverbrauch der Rücklaufschlammpumpen in Abhängigkeit vom Fremdwasseranteil Stromverbrauch der Belebungsstufe in Abhängigkeit vom Fremdwasseranteil Gesamtstromverbrauch und Gesamtstromkosten in Abhängigkeit vom Fremdwasseranteil

10 Abbildung 25: Abbildung 26: Aufwand für fremdwasserbedingte Wartung- und Instandhaltung der Kläranlage Starnberg Fremdwasserbedingte Abwasserabgabe in Abhängigkeit vom Fremdwasseranteil Abbildung 27: Einfluss des Fremdwasseranteils auf die Höhe der Abwasserabgabe Abbildung 28: Fließschema der Kläranlage Billerbeck Abbildung 29: Jährlicher Fremdwasseranteil auf der Kläranlage Billerbeck Abbildung 30: Jährlicher Fremdwasserabfluss auf der Kläranlage Billerbeck Abbildung 31: Abbildung 32: Abbildung 33: Abbildung 34: Verteilung des Fremdwasseranteils in Billerbeck und gemessene Niederschlagshöhen 2009 (Station Coesfeld) Verteilung des Fremdwasseranteils in Billerbeck und gemessene Niederschlagshöhen 2010 (Station Coesfeld) Verteilung des Fremdwasseranteils in Billerbeck und gemessene Niederschlagshöhen 2011 (Station Coesfeld) Fremdwasseraufkommen und Niederschlag Kläranlage Billerbeck Abbildung 35: Fremdwasseranteil und CSB-Konzentration KA Billerbeck, Abbildung 36: Fremdwasseranteil und N ges -Konzentration KA Billerbeck, Abbildung 37: Fremdwasseranteil und P ges -Konzentration KA Billerbeck, Abbildung 38: Abbildung 39: Abbildung 40: Abbildung 41: Abbildung 42: Energieverbrauch und angeschlossene Einwohnerwerte der Kläranlage Billerbeck Energieverbrauch und Fremdwasseraufkommen Kläranlage Billerbeck CSB-Ablauffrachten und -konzentrationen bei unterschiedlichen Fremdwasseranteilen Wirkungsgrad der CSB-Elimination bei verschiedenen Fremdwasseranteilen Wirkungsgrad der Stickstoffelimination bei verschiedenen Fremdwasseranteilen Abbildung 43: Wirkungsgrade der Frachtelimination Abbildung 44: Abbildung 45: Abbildung 46: Abbildung 47: Abbildung 48: Erforderliche Volumina für Vorklärbecken, Belebungsbecken und Nachklärbecken sowie Wirkungsgrad der Stickstoffelimination bei Fremdwasseranteilen zwischen 0 und 70 % Fremdwasserbedingte Kapitalkosten einer Beispielkläranlage mit EW bei verschiedenen Fremdwasseranteilen Jährliche fremdwasserbedingte Betriebskosten bei verschiedenen Fremdwasseranteilen für eine Beispielanlage mit EW Fremdwasserbedingte Jahreskosten für eine Beispielanlage mit EW bei verschiedenen Fremdwasseranteilen Fremdwasserbedingte Betriebskosten auf den Kläranlagen des Wupperverbandes

11 Abbildung 49: Anlagenspezifische Berechnungsansätze für Verbraucher einer Kläranlage nach DWA Abbildung 50: Stromverbräuche bei verschiedenen Fremdwasseranteilen Abbildung 51: Abbildung 52: Abbildung 53: Abbildung 54: Abbildung 55: Abbildung 56: Abbildung 57: Abbildung 58: Abbildung 59: Prozentuale Änderung der zulässigen Entlastungsrate e 0 in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Prozentuale Änderung des vorhandenen Mischverhältnisses m, vorh in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Prozentuale Änderung des erforderlichen Gesamtspeichervolumens V in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Prozentuale Änderung der Einstaudauer Tein in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Prozentuale Änderung des Überlaufvolumens VQ ue in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Prozentuale Änderung der Überlaufdauer T ue in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Prozentuale Änderung der CSB - Überlauffracht SF ue in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Prozentuale Änderung der rechnerischen Entleerungsdauer t e in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag (SKU Rheinstraße) Prozentuale Änderung des Mischwasserzuflusses zur Kläranlage VQ zu in Abhängigkeit vom Fremdwasserzuschlag Abbildung 60: Fremdwasserzuschläge im Zulauf zur Kläranlage Billerbeck Abbildung 61: Gesamtentlastungsvolumen in Abhängigkeit von Fremdwasserzuschlag und Niederschlagsklassen (mm/monat) Abbildung 62: Verfahren zur baulichen Sanierung von Entwässerungssystemen Abbildung 63: Vergebene Gütezeichen in der Gruppe der Reparaturverfahren Abbildung 64: Vergebene Gütezeichen in der Gruppe der Renovierungsverfahren Abbildung 65: Schadens- und Sanierungsszenarien Abbildung 66: Grabenlose Reparatur mit vor Ort härtendem Kurzliner Umwickeln des Versetzpackers mit dem Kurzliner (links), schematische Darstellung zum Einbau (rechts) Abbildung 67: Abbildung 68: Grabenlose Reparatur mittels Injektion Packer für Anschlussbereiche mit Injektionsöffnung (links), schematische Darstellung zum Einbau (rechts) Offene Reparatur mittels Kleinbaugrube Außenmanschette zur Abdichtung von Rohrverbindungen (links), Anschlussstutzen (rechts) Abbildung 69: Grabenlose Renovierung mittels Schlauchlining-Verfahren schematische Darstellung zum Einbau (links), eingebauter Schlauchliner (rechts) Abbildung 70: Abbildung 71: Bestandteile der entwickelten Vorgehensweise zu Bewertung der Ökoeffizienz von Kanalsanierungstechniken Vergleich der Wirkbilanzen grabenlose und offene Reparaturverfahren für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele

12 Abbildung 72: Abbildung 73: Abbildung 74: Vergleich der Wirkbilanzen grabenlose Renovierung und offene Erneuerung für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Vergleich des Produktsystemnutzens für grabenlose und offene Reparaturverfahren für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Vergleich des Produktsystemnutzens für grabenlose Renovierung und offene Erneuerung für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Abbildung 75: Ursache Wirkung Folgen Kette Abbildung 76: Untersuchungsgebiet für Fallstudie 1 mit undichtem Kanalnetz Abbildung 77: Systemskizze des vertikalen Grundwassermodells (5-fach überhöht) Abbildung 78: Abbildung 79: Modellaufbau in FEFLOW mit den Randbedingungen, Durchlässigkeit der Bodenschichten und einem Detail des triangulierten Berechnungsnetzes an der Rohrleitung A Modellierte Grundwasserstände für das Szenario 13 und der Extremszenarien 1 und Abbildung 80: Gemessene Grundwasserflurabstände und Niederschläge Abbildung 81: Bodenkörper mit unterschiedlichen Bodenarten Abbildung 82: Abbildung 83: Setzungen in Folge veränderter Grundwasserstände in verschiedenen Bodenkörpern Kanalabdichtungen Aufwendungen und Auswirkungen bei undichten Abwasserkanälen und -leitungen im Grundwasser oder Grundwasserschwankungsbereich

13 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Tabelle 2: Tabelle 3: Überblick zu den Projektinhalten, angewandter Methodik und beteiligten Institutionen...61 Veröffentlichungen zum Zustand der Abwasserkanäle u. -leitungen in Deutschland (Beispiele)...63 Fremdwasserkomponenten in Entwässerungssystemen [vgl. DWA- M 182]...70 Tabelle 4: Randbedingungen zur Fremdwassersituation in den Modellgebieten...76 Tabelle 5: Tabelle 6: Tabelle 7: Tabelle 8: Tabelle 9: Europa-, Bundes- und Landesrecht mit Blick auf Betrieb und Unterhaltung von Entwässerungsanlagen (Richtlinien, Gesetze, Verordnungen)...79 Landeswassergesetze und Verordnungen der Bundesländer (Beispiele)...84 DIN-Normen zu Bau, Betrieb und Instandhaltung von Abwasserkanälen und -leitungen (Beispiele)...95 DWA-Regelwerk zu Bau, Betrieb und Instandhaltung von Abwasserkanälen und -leitungen (Beispiele) Gemessene Fremdwasseranteile in Starnberg für 2007 (Daten bearbeitet nach Günthert, 2008) Tabelle 10: Vergleich spezifischer Stromverbräuche Tabelle 11: Tabelle 12: Fremdwasserbedingte Energiekosten der Kläranlage Starnberg im Jahr Aufwand für fremdwasserbedingte Tätigkeiten auf der Kläranlage Starnberg und Ringkanalisation Tabelle 13: Aufwand für fremdwasserbedingten Betriebsmittelbedarf 2007 (Auflistung nach Betriebsabrechnungsbogen) Tabelle 14: Aufwand für die fremdwasserbedingte Reststoffentsorgung Tabelle 15: Mindestanforderungen und erklärte Überwachungswerte Tabelle 16: Vergleich der Kläranlagen Starnberg und Billerbeck Tabelle 17: Energieeinsparungen durch Fremdwasserreduzierung Tabelle 18: Tabelle 19: Tabelle 20: Zusammenfassung der Auswirkungen von Fremdwasser auf einer Kläranlage Einfluss des Fremdwassers auf die Investitions- und Betriebskosten einer Abwasserreinigungsanlage nach Michalska et al. (2004) Veröffentlichungen zum Thema Auswirkungen von Fremdwasser auf Kläranlagen Tabelle 21: Wassermengen für Mischwasserabfluss bei E Tabelle 22: Tabelle 23: Berechnete Verbrauchswerte nach DWA-A 216 bei verschiedenen Fremdwassermengen Änderung des Mischwasserzuflussvolumens zur Kläranlage VQ zu anteilig nach Schmutz-, Fremd- und Regenwasser

14 Tabelle 24: Korrelationskoeffizienten für das Gesamtentlastungsvolumen Tabelle 25: Tabelle 26: Tabelle 27: Tabelle 28: Korrelation von Einstau- und Entlastungskenngrößen mit den monatlichen Niederschlagssummen vor und nach Fremdwassersanierung Korrelation von Einstau- und Entlastungskenngrößen mit Fremdwasserzuschlag vor und nach Fremdwassersanierung Regressionsanalyse für die abhängige Variable Gesamtentlastungsvolumen vor und nach Fremdwassersanierung Korrelation von Einstau- und Entlastungskenngrößen mit dem Fremdwasserzuschlag nach Klassen auf der Grundlage der monatlichen Niederschlagssummen Tabelle 29: Grundszenario Bestand Tabelle 30: Tabelle 31: Tabelle 32: Tabelle 33: Tabelle 34: Tabelle 35: Tabelle 36: Tabelle 37: Randbedingungen/Merkmale Beispiele Trennsystem und Mischsystem Sachbilanz Energie bezogen auf 1 m Baulänge und 1 Jahr Nutzungsdauer für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Sachbilanz Wasser bezogen auf 1 m Baulänge und 1 Jahr Nutzungsdauer für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Sachbilanz Abfall bezogen auf 1 m Baulänge und 1 Jahr Nutzungsdauer für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Wirkbilanz bezogen auf 1 m Baulänge und 1 Jahr Nutzungsdauer für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Schutzgüter und Umweltauswirkungen im Nahbereich einer Kanalsanierungsmaßnahme und Bewertung der in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Angenommene Bewertung des Nutzens der Anspruchsgruppen von Kanalsanierungen für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Direkte Kosten von Kanalsanierungen bezogen auf 1 m Baulänge und 1 Jahr Nutzungsdauer für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Tabelle 38: Bewertung des Produktsystemnutzens für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Tabelle 39: Steckbrief Ökoeffizienzbewertung für die in Kapitel 8.2 definierten Fallbeispiele Tabelle 40: Schadstoffe in Baumaterialien der Kanalsanierung (Beispiele) Tabelle 41: Parametrisierung des Grundwassermodells Tabelle 42: Fremdwasseranfall in den Kanalhaltungen A-D für die Berechnungsszenarien

15 Abkürzungen a.a.r.d.t Allgemein anerkannte Regeln der Technik AbwAG Abwasserabgabengesetz AbwAGBln Berliner Abwasserabgabengesetz AbwR Abwasserrichtlinie (Richtlinie 91/271/EWG) AbwV Abwasserverordnung ADP abiotischer Ressourcenverbrauch (Abiotic Deplentation Potential) A E A U AEUV AOX AP kanalisierte Fläche undurchlässige Fläche / Abflusswirksame Fläche Vertrag über die Arbeitsweise der Europäischen Union Adsorbierbare Organisch gebundene Halogene Versauerungspotenzial (Acidification Potential) ATV-DVWK Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. BauO Bln Bauordnung für Berlin BauO NRW Landesbauordnung von Nordrhein-Westfalen BauPVO Bauproduktenverordnung BayAbwAG Bayerisches Abwasserabgabengesetz BayWG Bayerisches Wassergesetz BbgKAbwV Brandenburgische Kommunalabwasserverordnung BbgWg Brandenburgisches Wassergesetz BDI Bundesverband der Deutschen Industrie e.v. BHKW Blockheizkraftwerk BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BremWG Bremisches Wassergesetz BSB 5 Biochemischer Sauerstoffbedarf nach 5 Tagen BTXE Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol BVerGE Bundesverfassungsgericht BWG Berliner Wassergesetz C Kohlenstoff CSB Chemischer Sauerstoffbedarf DBN Durchlaufbecken im Nebenanschluss DIBt Deutsches Institut für Bautechnik DIN Deutsches Institut für Normung e.v. DN Nennweite (Diameter Nominal) DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.v. DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. 14

16 DWD e 0 [%] EDL-RL EDPM EG EigÜVO EKVO EKVO Sachs EKVO SL EOG EP E S ERNE EU EWFD EÜV EÜVOA EW EWOG Brhvn FEFLOW FW FWA FWZ GEA GEB GfK GG GOK GrwV GSTT GW GWP GWRL GZ HBauO Deutscher Wetterdienst zulässige Entlastungsrate EG-Richtlinie über Endenergie und Energiedienstleistungen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk Emschergenossenschaft Eigenüberwachungsverordnung Sachsen-Anhalt Eigenkontrollverordnung Baden-Württemberg oder hessische Abwasser- Abwassereigenkontrollverordnung Eigenkontrollverordnung Sachsen Eigenkontrollverordnung Saarland Entwässerungsortsgesetz der Stadt Bremen Eutrophierungspotenzial (Eutrophication Potential) Steifemodul Erneuerungsverfahren Europäische Union EU Water Framework Directive (Directive 2000/60/EC) Eigenüberwachungsverordnung Bayern Landesverordnung über die Eigenüberwachung von Abwasseranlagen (Rheinland-Pfalz) Einwohnerwerte Entwässerungsortsgesetz der Stadt Bremerhaven Finite Element Subsurface FLOW & Transport Simulation System Fremdwasser Fremdwasseranteil Fremdwasserzuschlag Grundstücksentwässerungsanlage Göttinger Entsorgungsbetriebe Glasfaserkunststoff Grundgesetz Geländeoberkante Grundwasserverordnung German Society for Trenchless Technology e.v. Grundwasser Treibhauspotenzial (Greenhouse Warming Potential) Grundwasserrichtlinie (Richtlinie 2006/118/EG) Gütezeichen Hamburgische Bauordnung 15

17 HBO HmbAwG HSS HWaG HWG IKT JSM KA KAG BW k f KomAbwV Brem KomAbwRL KomAbwVO RP KomAbwVO KomNetGEW KOSIM kwh/e*a LBauO M-V LBauO RP LBO BW LBO SL LUBW LWaG M-V LWG NRW LWG RP MEwS Bay MJ MUFV m vorh [-] MW N NBauO N anorg N ges N org NRW Hessische Bauordnung Hamburgisches Abwassergesetz Hauptsammelstraße Hamburgisches Wassergesetz Hessisches Wassergesetz IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur Jahresschmutzwassermenge Kläranlage Kommunalabgabengesetz des Landes Baden-Württemberg Durchlässigkeitsbeiwert Kommunalabwasserverordnung Bremen Kommunalabwasserrichtlinie (Richtlinie 91/271/EWG) Kommunale Abwasserverordnung Rheinland-Pfalz Kommunale Abwasserverordnung Berlin Kommunales Netzwerk Grundstücksentwässerung Kontinuierliches Langzeit-Simulationsmodell Kilowattstunde pro Einwohner und Jahr Landesbauordnung Mecklenburg-Vorpommern Landesbauordnung Rheinland-Pfalz Landesbauordnung für Baden-Würtemberg Landesbauordnung Saarland Landesamt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg Wassergesetz des Landes Mecklenburg-Vorpommern Wassergesetz für das Land Nordrhein-Westfalen Wassergesetz für das Land Rheinland-Pfalz Musterentwässerungssatzung Bayern Megajoule Ministeriums für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz in Rheinland- Pfalz vorhandenes Mischverhältnis Mischwasser Stickstoff Niedersächsische Bauordnung Stickstoff (anorganisch) Stickstoff (gesamt) Stickstoff (organisch) Nordrhein-Westfalen 16

18 NWG O 2 O 2 /l ODP P P+P PE P ges POCP Q Q D [l/s] Q F,aM [m³/d] Q F,pM q f [l/(e*d)] Q M [m/a] Q M,aM [m³/d] q r [l/(e*d)] Q RS Q R,aM [m³/d] Q S [m³/a] q s [l/(e*d)] Q S,aM [m³/d] Q S,pM Q s24 [l/s] Q t24 [l/s] RAL RASt REPA RENO RÜB RÜ r krit [l/s] RKB RRB r s R V RW Niedersächsisches Wassergesetz Sauerstoff Sauerstoff pro Liter Ozonabbaupotenzial (Ozone Depletion Potential) Phosphor Pirker + Pfeiffer Ingenieure GmbH & Co. KG Polyethylen Phosphor (gesamt) Photooxidantienpotenzial (Photochemical Ozone Creation Potential) Zufluss / Abfluss Drosselabfluss Fremdwasserabfluss im Jahresmittel Fremdwasserabfluss Fremdwasseranfall Jahresmenge Mischwasser Mischwasserabfluss im Jahresmittel Niederschlagswasser Rücklaufschlammstrom Regenwasserzufluss im Jahresmittel Schmutzwassermenge Schmutzwasseranfall Schmutzwasserabfluss im Jahresmittel Schmutzwasserabfluss mittlerer Schmutzwasserabfluss mittlerer Trockenwetterabfluss Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung Richtlinie für die Anlage von Straßen Reparaturverfahren Renovierungsverfahren Regenüberlaufbecken Regenüberlauf Kritische Regenspende Regenklärbecken Regenrückhaltebecken Korrelationskoeffizient Rücklaufverhältnis Regenwasser 17

19 SächsWG SF ue [kg/a] SK SKU SLW SPS StGB SÜVO M-V SüwVO Abw SüwV Kan SW SWA SWG TDI t e [h] T ein [h/a] ThürAbwEKVO ThürWG TOC T ue [h/a] U+Ö UBA UV UVP V VQ ue [m³/a] VQ zu [m³/a] V S WG WG LSA WG SH WHG WRRL WWR ZK Sächsisches Wassergesetz CSB-Überlauffracht Stauraumkanal Stauraumkanal mit unten liegender Entlastung Schwerlastwagen Speicherprogrammierbare Steuerung Strafgesetzbuch Selbstüberwachungsverordnung Mecklenburg-Vorpommern Selbstüberwachungsverordnung Abwasser Nordrhein-Westfalen Selbstüberwachungsverordnung Kanal Nordrhein-Westfalen Schmutzwasser Professur für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität der Bundeswehr München Saarländisches Wassergesetz Toluoldiisocyanat rechnerische Entleerungsdauer Einstaudauer Thüringer Abwassereigenkontrollverordnung Thüringer Wassergesetz gesamter organischer Kohlenstoff (total organic carbon) Überlaufdauer Professur für Umwelttechnik und Ökologie im Bauwesen der Ruhr- Universität Bochum Umweltbundesamt Ultraviolett-Strahlung Umweltverträglichkeitsprüfung Volumen Überlaufvolumen Mischwasserzufluss zur Kläranlage Spezifisches Beckenvolumen Wassergesetz für Baden-Württemberg Wassergesetz für das Land Sachsen-Anhalt Wassergesetz des Landes Schleswig-Holstein Wasserhaushaltsgesetz Europäische Wasserrahmenrichtlinie (Richtlinie 2000/60/EG) Professur für Wasserwesen und Ressourcenschutz der Universität der Bundeswehr München Zustandsklasse 18

20 1 Zusammenfassung 1.1 Hintergrund und Zielstellung des Forschungsvorhabens Undichte Kanäle im Bereich der öffentlichen Abwasserentsorgung und der Grundstücksentwässerung können je nach örtlichen Gegebenheiten einen hohen Fremdwasseranteil durch Infiltration von Grund-, Schichten- oder Sickerwasser mit sich führen. Im Mischsystem kann es zu vermehrten Mischwasserabschlägen und damit zur zusätzlichen Belastung der Gewässer kommen. Ein erhöhter Fremdwasseranteil in Misch- und Schmutzwasserkanälen wirkt sich zudem negativ auf die Kläranlagenleistung aus. Zum einen bewirkt eine Verdünnung und Abkühlung des Abwassers durch Fremdwasser eine Beeinträchtigung der Reinigungsleistung der Kläranlage hinsichtlich der Eliminierung der Schadstofffrachten. Zum anderen erhöht sich der Energiebedarf der Pumpwerke und der Kläranlagen. In der Regel sind umfangreiche Sanierungsmaßnahmen am Kanalnetz erforderlich, um öffentliche und private Abwasserleitungen und -kanäle abzudichten und das Fremdwasseraufkommen deutlich zu reduzieren. Im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtung sind diesbezüglich aber nicht nur die Auswirkungen reduzierter Fremdwasserzuflüsse zur Kläranlage und zu den Entlastungsbauwerken von Interesse, sondern auch die Ökoeffizienz der eigentlichen Fremdwassersanierungsmaßnahmen am Kanalnetz und die Folgen für den örtlichen Grundwasserhaushalt. Dem eigentlichen Nutzen einer flächenhaften Abdichtung undichter Abwasserleitungen und -kanäle (z.b. Reduzierung des Fremdwasseranteils, Gewässer- und Bodenschutz) stehen Aufwand und Risiken gegenüber. Bei Sanierungsmaßnahmen können sich diese beispielsweise durch den Einsatz energieintensiver Techniken oder ökologisch bedenklicher Baumaterialien ergeben. Zudem besteht bei flächenhaften Kanalabdichtungen im Grundwasser das Risiko, dass es aufgrund der fehlenden Dränagewirkung undichter Abwasserkanäle und -leitungen zu einem Anstieg des Grundwassers auf ein kritisches Niveau kommt, so dass Gebäude und Vegetation beeinträchtigt werden können. Ziel des Forschungsprojektes war es, Vorschläge für Sanierungsanforderungen zu erarbeiten, die als Grundlagen in die Entscheidungsgremien für die Neukonzeption der Abwasserverordnung eingebracht werden sollen. Dazu wurde der Einfluss hoher Fremdwasseranteile auf die Leistung der Abwasserbehandlung, auf die Energiebilanz von Kläranlagen sowie auf die Gewässerbelastung durch Mischwasserabschläge dargestellt. Der Auswirkung des Fremdwassers wurde die Aufwendung für die Sanierung von Kanälen und Grundstücksentwässerungsleitungen gegenübergestellt. Anhand konkreter Fallbeispiele wurden verfügbare Informationen über Ökoeffizienz und Nachhaltigkeit der Sanierungsmaterialien und -techniken zusammengestellt und soweit möglich bewertet. Darüber hinaus wurden aber auch mögliche Probleme an Gebäuden und Vegetation durch Fortfall der Dränagewirkung nach Sanierung der undichten Kanäle näher untersucht. In Kapitel 3 werden Hintergrund und Zielstellung des Vorhabens detailliert beschrieben. Darüber hinaus wird in Kapitel 3 auch ein umfassender Überblick gegeben zu den Projektinhalten, den angewandten Methodiken und den am Vorhaben beteiligten Institutionen. 1.2 Undichte Kanäle und deren Auswirkungen auf das Fremdwasseraufkommen Die Ursachen von Fremdwasseranfall an Abwasserleitungen und -kanälen können unterschiedlich sein. Neben Zuflüssen aus Bach- und Quellwasser sowie niederschlagsbedingtem Fremdwasser führt das über undichte Abwasserleitungen und -kanäle eindringende Grundwasser zu einem erhöhten Fremdwasseraufkommen. Daher ist die Sanierung schadhafter Abwasserleitungen und -kanäle mit Blick auf eine Reduzierung des Fremdwasseraufkommens von großer Bedeutung. Zur Verdeutlichung, welche Aspekte hier eine Rolle spielen und um welche Größenordnungen es sich handelt, wurden statisti- 19

21 sche Daten und Berichte zur Situation der Kanäle und Grundstücksentwässerungsleitungen in Deutschland zusammengestellt und ausgewertet (vgl. Kapitel 4). Von Interesse sind insbesondere Aussagen über die Gesamtlänge der öffentlichen und privaten Kanäle und über deren Zustand. In diesem Zusammenhang wurde auch vorliegendes Datenmaterial zur Altersverteilung und zu Rohrmaterialien ausgewertet, mit dem Ziel, die Häufigkeit der fremdwasserrelevanten Schäden und damit die Relevanz für den Fremdwasseranfall einschätzen zu können. Zusammenfassend lässt sich das Ergebnis der Auswertung wie folgt darstellen: Mischwasser- und Schmutzwasserkanäle in Deutschland machen zusammen etwa 80 % ( km) des Abwassernetzes aus, d.h. bei schadhaften Leitungen kann die Infiltration von Grundwasser erhebliche Auswirkungen auf das Fremdwasseraufkommen haben. Wenn sanierungsbedürftige Schmutzwasser- oder Mischwasserleitungen, die im Grundwasser oder im Grundwasser-Schwankungsbereich liegen, saniert werden, kann der Fremdwasserabfluss reduziert werden. Die Länge der öffentlichen Regenwasserkanäle in Deutschland beträgt km (Statistisches Bundesamt 2013, Seite 42). Auch in undichte Regenwasserkanäle im Grundwasser oder Grundwasser-Schwankungsbereich kann Grundwasser infiltrieren, wodurch die Gewässer hydraulisch und stofflich belastet werden können (vgl. Kapitel 4.1.1). Bei der Planung von Sanierungsmaßnahmen am öffentlichen Kanal müssen Grundstücksentwässerungsanlagen (GEA) insbesondere bei hohem Grundwasserstand einbezogen werden. Nur durch die ganzheitliche Betrachtung wird gewährleistet, dass das Grundwasser nicht nach abgeschlossener Sanierung des öffentlichen Kanals über defekte GEA als Fremdwasser in den Kanal eingeleitet wird. In diesem Zusammenhang ist interessant, dass die Länge der GEA in Deutschland das 2- bis 3-fache der öffentlichen Entwässerung beträgt. Die Statistiken zur Altersverteilung (vgl. Kapitel 4.1.2) machen deutlich, dass der weitaus größte Teil der Kanäle nicht älter ist als 50 Jahre (68%). Im Bezug auf die Dichtheit von Kanälen ist das Jahr 1965 mit der Einführung von Elastomerdichtungen von Bedeutung (Purde, 2006, Seite 40). Ca. 30 % der Kanäle wurden bis Ende der 50er Jahre errichtet. Bis dahin wurden die Abdichtungen der Rohrverbindungen auf der Baustelle handwerklich hergestellt (z.b. Teerstrick mit Bitumenverguss). Diese sind im Zuge des Alterungsprozesses inzwischen i.d.r. verrottet. Somit ist davon auszugehen, dass Leitungen mit einem Baujahr vor 1965 nicht mehr dicht sind. Die vorherrschenden Rohrmaterialien im öffentlichen Kanalbau sind in 2009 wie auch vor 2009 Beton und Steinzeug (vgl. Kapitel 4.1.3). Aussagen über die Art und Häufigkeit von Schäden und somit zum Fremdwassereintritt anhand der verwendeten Rohrmaterialien gibt es nicht. Schäden, die bei entsprechender Lage im Grundwasser zu erhöhtem Fremdwasseranfall und zur Beeinflussung des örtlichen Wasserhaushaltes führen können, sind Undichtheiten (5%), Rissbildung (20%), Rohrbruch/Einsturz (3%), Verbindung verschoben/einragend (20%) und schadhafte Verbindungen (13%) (vgl. Kapitel 4.1.4). Fremdwasser im Kanal kann unterschiedlicher Herkunft sein. Neben Grundwasserzuflüssen über undichte Kanäle und Dränagen können z. B. Bach- und Quellwasserzuflüsse sowie Niederschläge Fremdwasserkomponenten sein. Statistische Auswertungen zum Anteil verschiedener Fremdwasserkomponenten an der gesamten Fremdwassermenge liegen nicht vor. Die hohe Anzahl fremdwasserrelevanter Schäden (60% aller festgestellten Schäden, vgl. Kapitel 4.1.4) bei gleichzeitig hohem Fremdwasseraufkommen (23% der Gesamtabwassermenge, vgl. Kapitel 4.1.5) legen jedoch den Rückschluss nahe, dass ein Großteil des Fremdwassers auf Grundwasserinfiltration über undichte Kanäle zurückzuführen ist. Dabei ist davon auszugehen, dass ein nicht unerheblicher Anteil der 20

22 schmutzwasserführenden Abwasserleitungen und kanäle in Deutschland im Grundwasser oder Grundwasser-Schwankungsbereich liegt. Statistische Untersuchungen für Bayern zeigen (Puhl, 2008, Seite 30/31), dass ca. 20% der öffentlichen Mischwasser- und Schmutzwasserkanäle im Grundwasser bzw. Grundwasser-Schwankungsbereich liegen. Private Leitungsnetze haben ein noch höheres Infiltrationspotenzial als die öffentlichen Kanäle. Dies liegt zum einen daran, dass deren Länge gegenüber dem öffentlichen Kanalnetz das Zwei- bis Dreifache beträgt (vgl. Kapitel 4.1.1). Außerdem ist in Fachkreisen unbestritten, dass der Zustand der privaten Entwässerungsanlagen in Deutschland schlechter als der Zustand öffentlicher Kanäle ist, auch wenn es keine statistisch abgesicherten Untersuchungen gibt (Berger/Falk 2009, Seite 13). Die GEA müssen in Fremdwassersanierungskonzepten zwingend berücksichtigt werden, da nach Wegfall der Dränagewirkung undichter öffentlicher Kanäle nach der Sanierung der Grundwasserstand ansteigen kann und über die undichten privaten Leitungen das Fremdwasser weiterhin in die Kanalisation gelangt. Es gibt in Deutschland über Entlastungsbauwerke und der Fremdwasseranfall beträgt 23% an der Gesamtmenge des Abwasseraufkommens (vgl. Kapitel 4.1.5). Die fachgerechte Sanierung undichter Kanäle und damit Reduzierung von Fremdwasser würde dazu beitragen, die Häufigkeit von Entlastungen an Regenentlastungsanlagen zu verringern. Im Rahmen des Projektes wurde die Fremdwassersituation anhand konkreter Beispiele Abwasserbetrieb der Stadt Billerbeck, Abwasserverband Starnberger See, Gemeinde Schwanau analysiert und beschrieben (vgl. Kapitel 4.2). Hierbei wurde deutlich, dass sich die Kläranlagen der Stadt Billerbeck und des Abwasserverbandes Starnberger See für die weitergehenden Untersuchungen hinsichtlich der Auswirkungen des Fremdwasseraufkommens (vgl. Kapitel 6) anbieten, da in diesen Fällen umfangreiche Informationen über den Betrieb der Kläranlagen und Daten aus Fremdwassermessungen vorliegen. Für die Untersuchungen zu den Auswirkungen auf Entlastungsbauwerke (vgl. Kapitel 7) wurde der Ortsteil Ottenheim der Gemeinde Schwanau gewählt, da hier umfangreiches Datenmaterial vorliegt. 1.3 Rechtliche und technische Regelungen zum Umgang mit undichten Kanälen Im Zusammenhang mit undichten Abwasserleitungen und -kanälen bzw. deren Sanierung sind wasserrechtliche Belange von Bedeutung, die sich mit Bau, Betrieb und Instandhaltung befassen, sowie Regelungen zum Schutz und zur Bewirtschaftung von Grundwasser. Vor diesem Hintergrund wurde eine Recherche nach entsprechenden Regelungen in der Gesetzgebung auf europäischer Ebene, auf Bundes- und auf Länderebene durchgeführt (vgl. Kapitel 5.1). Darüber hinaus wurde recherchiert, inwieweit in Normen und Technischen Regelwerken für den Bereich Bau, Betrieb und Instandhaltung von Abwasserkanälen und -leitungen, Aussagen zu den Themen Dichtheit und Wechselwirkungen zwischen dem Grundwasserstand und der Dränagewirkung undichter Kanäle bzw. den Auswirkungen von Sanierungsmaßnahmen auf den örtlichen Grundwasserstand zu finden sind (vgl. Kapitel 5.2). Die Hauptzielsetzungen der einzelnen Rechtsvorschriften sind unterschiedlich: Schutz von Oberflächengewässern, Schutz von Menge und Qualität des Grundwassers oder schadlose Abwasserentsorgung. Die EU Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) hat zum Ziel, in allen Mitgliedsstaaten einen guten Zustand der Gewässer herbeizuführen. Die dazu vorgesehenen Maßnahmenprogramme für die einzelnen Flussgebiete werden in Deutschland auf Länderebene aufgestellt. Wenngleich sich die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) nicht direkt zum Thema Abwasserentsorgung äußert, so sind deren Vorgaben dennoch für die Abwasserbeseitigung relevant. Das Gleichgewicht zwischen Grundwasserentnahme und -neubildung ist ein wesentliches Ziel der 21

23 WRRL. In dieses Gleichgewicht wird bei Infiltration von Grundwasser in undichte Kanäle eingegriffen. In der bundesdeutschen Broschüre zur Umsetzung des WRRL-Maßnahmenplanes (vgl. BMU/UBA 2010, Seite 61) heißt es daher,...ziel dabei ist es vor allem, die Menge an Fremdwasser zu verringern, das über undichte Stellen ins Kanalnetz sickert. Das wird insbesondere in den Gegenden besondere Bedeutung erlangen, die sich infolge des Klimawandels auf zunehmende saisonale Trockenheit einstellen müssen. Auch die EG Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser (Richtlinie 91/271/EWG) enthält in Anhang I die Forderung zur Vermeidung von Leckagen. Auf Bundesebene sind sowohl wasserrechtliche (Wasserhaushaltsgesetz, WHG) als auch strafrechtliche Regelungen (Strafgesetzbuch 324 StGB) im Zusammenhang mit der Infiltration von Grundwasser und der Sanierung von undichten Kanälen zu beachten. Die Dichtheit von Kanälen wird im WHG nicht direkt gefordert, sondern die Einhaltung der a.a.r.d.t. 1 (vgl. Czychowski/Reinhardt 2010, 60 Rn. mit Verweis auf BVerfGE 49, 135), womit ein Interpretationsspielraum bleibt. Der Begriff Fremdwasser ist im WHG nicht aufgeführt. Gesetzlich ist der Begriff Fremdwasser bisher nicht geregelt (vgl. LUBW 2007). Einzig über das Verdünnungsverbot von Abwasser zur Einhaltung zulässiger Schadstoffkonzentrationen sowie über die Forderung nach einer Einhaltung der a.a.r.d.t. beim Bau und Betrieb von Abwasseranlagen, kann auf die Fremdwasserproblematik Bezug genommen (vgl. LUBW 2007). Ob Fremdwasser zu Abwasser im Sinne des WHG gezählt werden kann, ist umstritten. Hierzu gibt es widersprüchliche Rechtsauslegungen (z.b. Wellmann/Queitsch/Fröhlich 2010, WHG- Kommentar, 55 WHG Rz.11 oder Fischer 2011, Seite 1828). Nach Nisipeanu/Maus (2007, Seite 91) ist Fremdwasser als Schmutzwasser im Rechtssinne definitorischer Teil des Abwassers. Grundwasser, das beispielweise durch undichte Teile der Kanalisation dringt (Infiltration), wird erst zum Abwasser, wenn es mit Schmutzwasser bei Trockenwetter zusammen abfließt. Laut Nisipeanu/Maus (2007, Seite 324) ist Grund-, Quell-, Dränage- oder Oberflächenwasser bevor es sich mit dem bei Trockenwetter abfließenden Schmutzwasser vermischt kein Schmutzwasser und damit rechtlich auch kein Abwasser. Damit greift dann auch nicht die Abwasserbeseitigungspflicht der Kommune. Es ist der Schluss möglich, dass die Kommune als Kanalnetzbetreiber nicht verpflichtet ist, nach einer Kanalsanierung Maßnahmen gegen steigendes Grundwasser (z.b. durch Bau von Dränagewasserleitungen) zu ergreifen. Ein wirtschaftlicher Anreiz für Betreiber von Abwasseranlagen so wenig Fremdwasser wie möglich zu behandeln, kann sich durch das Abwasserabgabengesetz (AbwAG) ergeben, da sich die Reinigungsleistung einer Kläranlage bei geringeren Schadstoffkonzentrationen verringert. Mit dem in der Abwasserverordnung festgelegten Verdünnungsverbot ( 3 Abs. 3 AbwV) kann über wasserrechtliche Genehmigungen auf den Fremdwasserzulauf Einfluss genommen werden. Die Grundwasserverordnung greift u. a. die Vorgabe der WRRL auf, den guten mengenmäßigen Zustand des Grundwassers zu gewährleisten. Hierzu sind jedoch Ausnahmeregelungen möglich, die Spielräume eröffnen, ob, wie, in welchem Umfang und in welchem Zeitrahmen eine Kanalsanierung durchzuführen ist. 324 StGB stellt die Verunreinigung von Gewässern unter Strafe. Falls eine Kommune Kenntnis von undichten Kanälen hat, durch die das Grundwasser verunreinigt wird, so ist auch zu prü- 1 Allgemein anerkannte Regeln der Technik sind nach Czychowski/Reinhardt 2010 die Prinzipien und Lösungen, die in der Praxis erprobt und bewährt sind und sich bei der Mehrheit der auf dem betreffenden technischen Gebiet tätigen Fachleute durchgesetzt haben. 22

24 fen, ob die für sie Tätigen bei Untätigkeit diesen Straftatbestand erfüllen. Allerdings dürften Kausalitäten und ein Verschulden i. d. R. schwer nachweisbar sein. Die Länderregelungen sind unterschiedlich in Bezug auf die Detailtiefe. Fast alle fordern, dass Abwasseranlagen funktionsfähig und betriebssicher sind und nach den a.a.r.d.t. bzw. unter Zugrundelegung der optimalen technischen Kenntnisse gebaut und betrieben werden, wobei das Wohl der Allgemeinheit nicht beeinträchtigt werden darf. Vereinzelt greifen die Länder die Regelungen aus der EG-Kommunalabwasserrichtlinie auf, dass Leckagen zu vermeiden sind. Normen und Technische Regelwerke sind als Empfehlungen und technische Vorschläge zu verstehen. Die meisten normativen Regeln für den Bereich Bau, Betrieb und Instandhaltung von Abwasserkanälen und -leitungen finden sich in den Veröffentlichungen des Deutschen Institutes für Normung e.v. (DIN) und der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA). An vielen Stellen wird hier die Dichtheit erdverlegter Leitungen gefordert. Anforderungen an den Umgang mit Fremdwasser werden in den Veröffentlichungen des DIN und der DWA nur am Rande thematisiert. Anders als in den rechtlichen Regelungen werden in den technischen Regelwerken auch die Wechselwirkungen zwischen dem Grundwasser und der Dränagewirkung undichter Kanäle bzw. den Auswirkungen von Sanierungsmaßnahmen auf den örtlichen Grundwasserstand betrachtet. Im DWA Merkblatt DWA-M 182 Fremdwasser in Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden werden mögliche Nutzungskonflikte angesprochen und auf eine ganzheitliche Betrachtung hingewiesen: Im Vorfeld einer flächendeckenden Kanalnetzsanierung sollten deshalb die Auswirkungen einer Kanalnetzabdichtung auf den Grundwasserkörper abgeschätzt werden. In der Sanierungsplanung muss die Dränagewirkung eines stark durch Fremdwasser beeinflussten Kanalnetzes berücksichtigt werden, um evtl. schädliche Auswirkungen einer Sanierung zu vermeiden. Für den Begriff Fremdwasser gibt es in Deutschland keine einheitliche Definition. In Abstimmung mit dem Umweltbundesamt wurde für diesen Bericht eine Definition zugrunde gelegt, die im Rahmen des Forschungsvorhabens Umgang mit Dränagewasser von privaten Grundstücken (Bosseler/Dyrbusch 2012, Seite 54) erarbeitet wurde und sich im Wesentlichen an der Definition des Merkblattes DWA-M 182 (vgl. DWA-M 182, Seite 9) orientiert: Fremdwasser ist das in Abwasseranlagen abfließende Wasser, welches weder durch häuslichen, gewerblichen, landwirtschaftlichen oder sonstigen Gebrauch in seinen Eigenschaften verändert ist, noch bei Niederschlägen von bebauten oder befestigten Flächen gesammelt und bestimmungsgemäß eingeleitet wurde. Fremdwasser erfordert auf Grund seiner Qualität keine Abwasserbehandlung, erschwert diese bzw. belastet aufgrund seiner Quantität Abwasseranlagen unnötig und ist unter dem Aspekt des Gewässerschutzes unerwünscht. Fremdwasser ist z.b. Grundwasser, welches über undichte Leitungen und Schächte in den Kanal gelangt oder Dränagewasser, das unerlaubt in den Schmutzwasserkanal eingeleitet wird. Zusammenfassend wird festgestellt, dass nach derzeitiger Rechtslage für viele Verantwortliche der Druck besteht, Fremdwasser zu minimieren. Dabei geben die rechtlichen und die technischen Regelungen teilweise Interpretationsspielraum. Die Gesetzgebung gibt aber den Kommunen kaum Rückhalt und Orientierung im Umgang mit ansteigendem Grundwasser nach Sanierungsmaßnahmen. Dies betrifft insbesondere die Frage der Zuständigkeit für das Grundwassermanagement und die rechtliche Situation bei der Ableitung infiltrierenden Grundwassers, um negative Folgen der Kanalabdichtungen (z.b. Gebäudevernässung infolge Grundwasseranstieg) zu vermeiden. In wasserwirtschaftlichen Problemgebieten könnte es sinnvoll sein, Dränagewasser unter definierten Randbedingungen in die Abwasserbeseitigungspflicht aufzunehmen. Die Grundwasserregulierung in Siedlungsgebieten zur Vermeidung von Schäden an Gebäuden und Vegetation wurde in Deutschland bisher nur in Sonderfällen gesetzlich geregelt. Ein Bei- 23

25 spiel ist die Emscherregion. Über das Emschergenossenschaftsgesetz (EmscherGG) wird der Emschergenossenschaft diese Aufgabe für die Auswirkungen des Steinkohlebergbaus zugewiesen ( 2 des EmscherGG). Der Bergbau hat in großen Gebieten durch Senkungen die Grundwasserflurabstände verringert. Durch die Maßnahmen der Emschergenossenschaft und die nicht sanierten öffentlichen und privaten Abwasserkanäle werden die Grundwasserstände auf einem unschädlichen Niveau gehalten. Zusätzlich kommt es nun zu Grundwasseranstiegen durch die Abdichtung der bisher dränierend wirkenden Abwasserkanäle. 1.4 Auswirkungen auf Kläranlagen Die Auswirkungen des Fremdwassers auf die Reinigungsleistung sowie die Kosten- und Energieeffizienz von Kläranlagen konnten im Rahmen des Projektes anhand zweier konkreter Fallbeispiele (Kläranlage Starnberger See, Kläranlage Billerbeck) aufgezeigt, bewertet und mit Angaben aus der einschlägigen Fachliteratur abgeglichen werden (vgl. Kapitel 6). Die Untersuchungen am Fallbeispiel der Kläranlage Starnberger See zeigen, dass der Fremdwasseranteil im Abwasser Auswirkungen auf den Betrieb der Abwasserableitung und -reinigung hat und in der Konsequenz auf die Wirtschaftlichkeit des Abwasserverbandes Starnberger See, dem Kläranlagenbetreiber. Der durchschnittliche Fremdwasseranteil auf der Kläranlage Starnberg lag für das Jahr 2007 bei ca. 42 %. Das Fremdwasser, das als unverschmutztes Wasser mit abgeleitet und mit behandelt wird, verursacht vor allem zusätzlichen energetischen Aufwand, der sich außer in den direkt zu ermittelnden Energiekosten auch in allen anderen Betriebskostenpositionen bemerkbar macht. Hauptenergieverbraucher, die direkt vom Fremdwasseranteil beeinflusst werden, sind die Pump- und Hebeanlagen. Darüber hinaus wirkt sich der Fremdwasseranteil im Abwasser auf die Reinigungsleistung der Kläranlage Starnberg aus. Je höher der Fremdwasseranteil desto geringer die Abbauleistung. Neben einer Erhöhung der direkten Kosten wirkt sich der Fremdwasseranteil auch auf die indirekten Kosten, wie Abschreibungen, Instandhaltungskosten, Personalkosten, Reststoffentsorgung und Abwasserabgabe aus. Erst die Berücksichtigung aller Betriebskostenkomponenten bei der Ermittlung der fremdwasserbedingten direkten und indirekten Energie- und Betriebskosten kann zu einer realistischen Gesamtbetrachtung führen, sodass tatsächlich mögliche Einsparpotenziale ermittelt werden können. Eine Reduzierung des Fremdwasseranteils im Abwasser kann für das Beispiel Starnberg zu größeren Einsparungen bei den Energiekosten führen. Für die Kläranlage Billerbeck wurden Daten zum Fremdwasseranfall im Kanalnetz vor und nach der Sanierung eines Teileinzugsgebietes ausgewertet. Es ist der Trend erkennbar, dass Fremdwasser nach erfolgter Sanierung für ein Teileinzugsgebiet reduziert wird. Des Weiteren wurden die ausgewerteten Niederschlagsdaten für die Region Billerbeck mit dem Fremdwasseraufkommen auf der Kläranlage verglichen, um den Zusammenhang zwischen auftretenden Niederschlagsereignissen und erhöhten Fremdwasseranfall abbilden zu können. Für einen längeren Betrachtungszeitraum (2007 bis 2012) kann tendenziell ein Zusammenhang festgestellt werden. Der Fremdwasseranfall der Kläranlage Billerbeck liegt für die Jahre 2007 bis 2011 im Schnitt bei 65 %. Im Vergleich zu Starnberg sind der jährliche Gesamtstromverbrauch und der spezifische Energieverbrauch der Kläranlage Billerbeck wesentlich geringer. Dies ist auf die unterschiedliche Struktur, Verfahrenstechnik und Betriebsweise der beiden Kläranlagen zurückzuführen. Die Analyse der Messdaten zeigt, dass bei höherem Fremdwasseranteil der Wirkungsgrad der CSBund Stickstoffelimination aufgrund des Verdünnungseffektes sinkt. Grundsätzlich kann festgehalten werden, dass Fremdwasser Einfluss auf die Reinigungsleistung und den Energieverbrauch der Kläranlage Billerbeck hat. Das Energieeinsparpotenzial bei einer Fremdwasserreduzierung ist im Wesentlichen abhängig von der anteiligen Fremdwassermenge und der energetischen Situation sowie Größenordnung der Kläranlage. Generell gilt, dass der spezifische Stromverbrauch deutlich abnimmt, je größer 24