Siedlungswasserwirtschaft im ländlichen Raum Teil Abwasserentsorgung

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1 Siedlungswasserwirtschaft im ländlichen Raum Teil Abwasserentsorgung Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt Seiten, 132 Abbildungen, 90 Tabellen, broschiert, DIN A4 ISBN Universitätsverlag Weimar 40,00 Vorwort Die Arbeitsgruppe Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt bietet ein Fernstudium mit den Schwerpunkten Wasserbau und Hydraulik, Siedlungswasserwirtschaft und Abfallwirtschaft an. Das vorliegende Buch ist ein weiterer Band einer Serie, die den Stoff eines Kurses aus diesem Studium enthält. Die Kursteilnehmer des Fernstudiums erhalten über die Schriftform hinaus eine fortlaufende Betreuung in Form von Aufgaben, die zu einer abschließenden Prüfung führt. Das Weiterbildende Studium Wasser und Umwelt in Weimar entstand aus einer engen Zusammenarbeit mit der Leibniz-Universität Hannover und den Verbänden DWA und DVGW. Es bot zunächst nur Fernstudiengänge im Zertifikatstudium an, wurde aber dann zum Masterstudiengang weiterentwickelt. Die Studieninhalte werden in Kursform angeboten, wobei insgesamt mehr als 25 Kurse zur Auswahl stehen. Einer dieser Kurse umfasst die Siedlungswasserwirtschaft im ländlichen Raum, der in 2003 zum ersten Mal angeboten wurde. Das Skript ist inhaltlich zweigeteilt. Im ersten (vorliegenden) Teil dieser beiden Bände wird die Abwasserentsorgung im ländlichen Raum behandelt. Der zweite Teil behandelt den gesamten Bereich der Wasserversorgung. Dieses Buch wie auch das Studium richtet sich an Hochschulabsolventen/innen, die im Bereich Wasser und Umwelt als Fachkräfte bei Behörden, Unternehmen, Verbänden, Ingenieurbüros, Instituten und anderen Einrichtungen tätig sind oder zukünftig tätig werden. Hier sehen wir die Chance, die Lehrinhalte auch zur Diskussion in die Öffentlichkeit zu stellen und allen zugänglich zu machen. Wo es um wichtige Umweltfragen geht wie bei der Abwasserentsorgung, sollten stets die neuesten Erkenntnisse hinzugezogen und für die praktische Umsetzung verwendet werden können, so wie wir uns auch bemühen, die aktuellen Ergebnisse aus Forschung und Praxis mit einzubeziehen. Das vorliegende Buch basiert auf einer Lehrbriefsammlung des Kurses Siedlungswasserwirtschaft im ländlichen Raum WW59 des Weiterbildenden Studiums Was-

2 ser und Umwelt, die unter Leitung von Dr.-Ing. Günter Fehr im Jahre 2003 mit großem Engagement erstellt wurde. Für die Kapitel zu Grundlagen waren die Autoren: Dr. H.-J. Rapsch, W. Haun, Dipl.-Ing. Finke, Dr. U. Hagendorf, Dr. G. Neemann, Dr.-Ing. M. Oldenburg, für die Kapitel zur Ökonomie die Autoren: Prof. Dr.-Ing. Th. Schmitdtke, Dr.-Ing. Günter Fehr, Dr.-Ing. K. Ritter, Dr. rer. nat. L Karsten, Dipl.-Ing. H. Robisch und für die Kapitel zur Abwasserableitung/Abwasserbehandlung die Autoren: Prof. Dr.-Ing. R. Feldhaus, H. Rustige, Dipl.-Ing. J. Müller, Dr. K. Flasche, Dipl.- Ing. S. Ahrens, Dipl.-Ing. S. Rehfus verantwortlich. Für diesen Band wurden die Skripte von Frau Dipl.-Ing. Sonja Sauer vollständig überarbeitet und mit dem Stand 2007 aktualisiert. Wir danken allen, die an der Bearbeitung der vorliegenden Ausgabe mitgewirkt haben, recht herzlich. Dieser Dank gilt vor allem unserem Teamchef Dr.-Ing. H.-W. Frenzel für die Verwaltung und Organisation der Kurse, Frau Dipl.-Ing. S. Sauer (inawa, Weimar) für die Restrukturierung und Aktualisierung des Skriptes, Herrn Dipl.- Ing. S. Matthies verantwortlich für den Satz und die Gestaltung aber auch den vielen Mitarbeitern der Arbeitsgruppe Wasser und Umwelt der Bauhaus-Universität Weimar, die die Herausgabe des Kurses in Buchform erst ermöglicht haben, und den Kursteilnehmern für ihr Interesse und ihre Rückmeldung. Möge die Fortsetzung dieser Reihe im Wissensgebiet Wasser und Umwelt in der Fachwelt eine freundliche Aufnahme finden und der Aufgabe dienen, unsere Umwelt und die Ressource Wasser einer fachgerechten nachhaltigen Nutzung zuführen. Weimar, im April 2007 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong Leiter der Professur Siedlungswasserwirtschaft Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Hack Leiter der Professur Wasserbau Bauhaus-Universität Weimar Inhaltsverzeichnis Vorwort...I 1 Einführung Geschichtlicher Rückblick Allgemeine Vorbemerkungen Die Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung im antiken Rom Vom Mittelalter bis zur industriellen Revolution Die Wasserversorgung Die Abwasserbeseitigung...4

3 1.2 Aufbau der Wasserversorgung, erste Maßnahmen zur Abwasserbeseitigung Die Wasserversorgung Die Abwasserbeseitigung Stand der Entwicklung Konventionelle Entsorgungssysteme Definition zentrale/dezentrale Systeme Zentrale Systeme Dezentrale (Individuelle) Systeme Neuartige Entsorgungssysteme Rechtsgrundlagen und Regelwerke Vorbemerkung Europäisches Recht Bundesrecht Wasserhaushaltsgesetz (WHG) Abwasserverordnung (AbwV) Abwasserabgabengesetz (AbwAG) Klärschlammverordnung (AbfKlärV) Bauproduktengesetz (BauPG) Die Landeswassergesetze (LWG) Abwasserbeseitigungspflicht Betreiberpflichten und Eigenkontrolle Zuständigkeiten Kommunalrecht Technische Regelwerke Normen (DIN-EN) DWA-Regelwerk Regelungen für Kleinkläranlagen Einbau Betrieb und Wartung Überwachung Abwasserableitung im ländlichen Raum Besonderheiten des ländlichen Raumes aus Sicht der Abwasserentsorgung und Abwassserbehandlung Abwasserarten Schmutzwasser Niederschlagswasser Fremdwasser Entwässerungssysteme Übersicht Zentrale Regenwasserbehandlung im ländlichen Raum Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung Verfahren Grundlagen der Versickerung Versickerung...27

4 Flächenversickerung Muldenversickerung Rigolen- und Rohr-Rigolen-Element Mulden-Rigolen-Element Mulden-Rigolen-System Schachtversickerung Beckenversickerung Speicherung Vorbehandlung Nutzung Verfahren der Schmutzwasserableitung Freigefälleentwässerung Druckentwässerung Prinzip Hauptkomponenten Betrieb und Wartung Anwendung der Druckentwässerung Unterdruckentwässerung Prinzip Hauptkomponenten Betrieb und Wartung Anwendung der Unterdruckentwässerung Gefälledruckleitungen Abwasserbehandlung in technischen Kläranlagen Begriffsbestimmung Kleinkläranlagen und kleine Kläranlagen Bemessungsgrundlagen Abwasseranfall Schmutzfrachten Verfahren der Abwasserreinigung Mechanische Vorbehandlung Belebungsverfahren Belebungsanlagen mit gemeinsamer Schlammstabilisierung Verfahrenstechnische Weiterentwicklungen des Belebungsverfahrens Tropfkörper- und Rotationstauchkörperanlagen (Biofilmverfahren) Kleinkläranlagen Verfahren Vorbehandlung Ein- und Mehrkammerabsetzgruben Mehrkammer-Ausfaulgruben Biofilmverfahren Tropfkörperanlagen Rotationstauchkörper Belüftetes Festbett Wirbel-Schwebebett-Anlagen B Belebungsverfahren Belebungsanlagen SBR-Anlagen Belebungsanlage mit Membranfiltration Verfahren ohne Abwasserbelüftung...56

5 4.5 Einleitung der gereinigten Abwässer Einleitung in Fließgewässer Einleitung ins Grundwasser Kalkulation der Versickerungsraten bei Grabenversickerung Kalkulation der Versickerungsraten bei Schachtversickerung Abwasserbehandlung in naturnahen Kläranlagen Definition, Anwendung und Bedeutung von naturnahen Kläranlagen Entwicklungsgeschichte verschiedener Verfahren der naturnahen Abwasserbehandlung Anwendungsmöglichkeiten Aquatische Verfahren, Funktionsweise, Aufbau und Reinigungsleistung Teichanlagen Funktionsweise Aufbau und Konstruktion Bemessung Reinigungsleistung Künstliche Feuchtgebiete Funktionsweise Aufbau und Konstruktion Bemessung Reinigungsleistung Terrestrische Verfahren, Funktionsweise, Aufbau und Reinigungsleistung Bepflanzte Bodenfilter Aufbau und Bemessung von bepflanzten Bodenfiltern Vorbehandlung Horizontalfilter Vertikalfilter Unbewachsene Bodenfilter Klärschlammbehandlung im ländlichen Raum Einleitung Grundlagen Schlammarten Beschaffenheit Schlammanfall Schlammbehandlung Stabilisierungsverfahren Fäkalschlämme Schlamm- und Schlammwasserspeicherung Entsorgungswege Entsorgungsoptionen Wasserabtrennung Technische Verfahren zur Wasserabtrennung Statische Eindickung Maschinelle Eindickung...87

6 6.4.3 Schlammentwässerung Naturnahe Verfahren zur Wasserabtrennung Trockenbeete Solare Trocknung Klärschlammvererdung Klärschlammvererdung mit Gräsern Klärschlammvererdung mit Schilf Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung Neuartige Sanitärkonzepte Einleitung Betrachtung von Teilströmen Begriffbestimmung Qualität und Quantität der Teilströme Behandlung von Teilströmen Toilettensysteme als Element für eine neuartige Sanitärtechnik Toiletten ohne Urinseparation Konventionelle Spültoiletten Toiletten mit geringem Wasserverbrauch Vakuumtoiletten Toiletten mit Urinseparation Separations- oder No-Mix-Toiletten Urinale ohne Wasserspülung Komposttoiletten Spültoiletten mit Feststoffabscheidung und Kompostierung Komposttoiletten mit wassergespültem Urinalteil Komposttoiletten mit Urinseparation Trocknungstoiletten Teilstromverfahren, Projektbeispiele Verfahren mit Urinseparation Dezentrales System Lambertsmühle Urinseparation in Skandinavien Urinbewirtschaftung für zentrale Systeme Verfahren mit Vakuumtoiletten Kleines zentrales System Flintenbreite Nutzung von vorhandener Infrastruktur im ländlichen Raum Konzepte für Regionen mit Wasserknappheit Zusammenstellung von bisher gesammelten Erfahrungen Überblick über Planungsinstrumente für Alternativen in der Abwasserentsorgung im ländlichen Raum Einführung Bestandsaufnahme Planungsgrundsätze Wirtschaftlichkeitsvergleiche Modelle für Wirtschaftlichkeitsvergleiche Systematik der Verfahren...122

7 8.5.2 Investitionsrechnung Verfahren der Investitionsrechnung Dynamischer Kostenvergleich Kosten-Nutzen-Analyse Nichtmonetäre Bewertungsverfahren Fazit Dynamischer Kostenvergleich nach KVR-Richtlinien Grundlagen Eignung Grundbegriffe Barwert, Projektkostenbarwert Kalkulatorischer Zinssatz Untersuchungszeitraum Ablaufschritte der Kostenvergleichsrechnung Kostenermittlung Einzubeziehende Kostenarten Verfahren der Kostenermittlung Berücksichtigung von Preisentwicklungen Aufbereitung der Kosten Umrechnung von Einzelkosten in Kostenbarwerte Umrechnung von Einzelkosten in gleichförmige Kostenreihen Umrechnung gleichförmiger Kostenreihen in Kostenbarwerte Umrechnung progressiv steigender Kostenreihen in Kostenbarwerte Kostengegenüberstellung Einfacher Vergleich von Projektkostenbarwerten und Jahreskosten Vergleich äquivalenter Projektkostenbarwerte Vergleich der zeitlichen Entwicklung der Projektkostenbarwerte Empfindlichkeitsprüfungen und Ermittlung kritischer Werte Kalkulationsansätze Ermittlung dynamischer Gestehungskosten Ergebnisinterpretation und Gesamtbeurteilung Besonderheiten der Wirtschaftlichkeitsberechnung bei der Sanierungsplanung von Entwässerungssystemen Einführung Spezielle Grundlagen für Wirtschaftlichkeitsrechnungen bei Sanierungsplanungen für Entwässerungssysteme Kanal-/Netzzustand Zustandsprognose Interventionszeitpunkte Alternativenbetrachtungen Nutzungsdauern Beispiel zur Kostenvergleichsrechnung bei Kanalsanierungen Berechnungsgrundlagen Durchführung des Wirtschaftlichkeitsvergleichs Empfindlichkeitsprüfung Projektbeispiel zur Wirtschaftlichkeitsrechnung nach KVR-Richtlinien Aufgabenstellung Beschreibung der Projektalternativen Eignung der Kostenvergleichsrechnung...158

8 9.4.4 Kostenermittlung Finanzmathematische Aufbereitung Kalkulationsparameter Kostenumrechnung Kostengegenüberstellung Empfindlichkeitsprüfungen Gesamtbeurteilung A Kalkulationsgrößen A.1 Durchschnittliche Nutzungsdauern abwasserwirtschaftlicher Anlagen [LAWA, 2005] A.2 Faktoren für die Kostenrechnung Wirtschaftlichkeitsvergleiche für zentrale und dezentrale Abwasserentsorgung Vorbemerkung Monetäre Bewertung Finanzierung Ausgewählte Kostendaten Anforderungen an die Kosteninformationen Kostenverteilung der Kanalisation Kostenverteilung von Kläranlagen Kostenverteilung von Kleinkläranlagen Fallbeispiele für die Kostenbetrachtung Fallbeispiel Fallbeispiel Ausgangslage Örtliche Bau-, Betriebs- und Jahreskosten von Kleinkläranlagen Kostenschätzung für ein dezentrales Abwasserkonzept, bestehend aus Grundstückskläranlagen mit Betreibergemeinschaften (16 Kläranlagen; Standorte nach Konzept Löffler GmbH) Kostenschätzung für ein zentrales Abwasserkonzept, bestehend aus Ortskanalisation und Ortsteilkläranlage Kostenvergleich der 3 Lösungsvarianten und Vergleich mit den Kostenannahmen Nichtmonetäre Beurteilungskriterien Nutzwert-Analyse Fallbeispiel Einsparpotenziale bei der Abwasserableitung Regenwasserbewirtschaftung Einsparmöglichkeiten bei der Schmutzwasserableitung Übersicht Fräsverfahren Pflugverfahren Grabenaushub und automatisierte Verlegeverfahren im Kostenvergleich Abwasserbeseitigungskonzept Bedarf an individuellen Systemen...211

9 12.1 Potenzial für individuelle Abwasserentsorgungssysteme in Deutschland Bedarf Organisationsformen für individuelle Systeme Potenzial für die dezentrale Abwasserentsorgung in den Mittelund Osteuropäischen Staaten (MOE-Staaten), Beispiel Polen Abwasserentsorgungsanlagen Abwasserbeseitigung im ländlichen Raum Polens Strukturelle Probleme der Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung in den MOE-Staaten am Beispiel Polen Perspektiven der kommunalen Abwasserentsorgung in Polen Umsetzung der Richtlinie über die Behandlung kommunalen Abwassers 91/217/EWG in den MOE-Staaten am Beispiel Polen Literaturverzeichnis Glossar Stichwortverzeichnis...263