~bvvassertec~ Von Dipl.-Ing. Wolfgang Bischof Professor an der Fachhochschule Kiel Fachbereich Bauwesen in Eckernfärde

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1 ~bvvassertec~ Von Dipl.-Ing. Wolfgang Bischof Professor an der Fachhochschule Kiel Fachbereich Bauwesen in Eckernfärde 9., neubearbeitete und erweiterte Auflage Mit 421 Bildern und 133 Tafeln und zahlreichen Beispielen ä3 Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1989

2 CIP Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek Bischof, Wolfgang: Abwassertechnik / Wolfgang Bischof. - 9., neubearb. u. erw. Aufl. - Stuttgart : Teubner, 1989 ISBN ISBN (ebook) DOI / Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist oh ne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeiche rung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Springer Fachmedien Wiesbaden 1989 Ursprünglich erschienen bei B.G. Teubner, Stuttgart Gesamtherstellung: AlIgäuer Zeitungsverlag GmbH, Kempten Umschlaggestaltung: W. Koch, Sindelfingen

3 Vorwort Das technische Fachgebiet der Abwassertechnik hat in den letzten Jahren weiterhin durch die notwendigen Forderungen an die Reinhaltung der Gewässer und durch die Fortschritte in Technik und Forschung, welche zu differenzierter Behandlung und zu neuen wissenschaftlichen Grundlagen geführt haben, an Umfang und Tiefe weiter zugenommen. Weitergehende Erfolge in der Gewässerreinhaltung werden für die Zukunft angestrebt. Mit dem Einsatz der rechtlichen und finanziellen Instrumente (Verordnungen, Abwasserabgabe, Subventionen) wird die Reinhaltung der Gewässer und des Grundwassers weiter fortschreiten. Das vorliegende Buch, welches nunmehr in der 9. Auflage erscheint, versucht in konzentrierter Form an die AufgabensteIlungen der Abwassertechnik heranzuführen. Ausgewählte Verfahren, anwendungsorientierte Berechnungsmethoden und Bemessungswerte für die Praxis sollen insbesondere dem auszubildenden Bauingenieur und dem Städteplaner einen orientierenden Überblick, interesseweckenden Einblick und Anregung zum Selbststudium vermitteln. Der bis zur 7. Auflage beibehaltene Titel "Stadtentwässerung" wurde dem Inhalt des Buches entsprechend seit der 8. Auflage in "Abwassertechnik" umgeändert. Die vorliegende 9. Auflage wurde insgesamt gründlich überarbeitet, inhaltlich ergänzt und insbesondere im Abschnitt 4 "Abwasserreinigung" erweitert. Die differenzierteren Grundlagen für die Berechnung der Kläranlagen wurden eingearbeitet und dem Stand der Technik angepaßt. Neue Berechnungsbeispiele nach dem jetzigen Stand wurden aufgenommen. Im allgemeinen konnten nur bereits eingeführte Verfahren berücksichtigt werden. Spezielle oder in der Erprobung befindliche Verfahren sollten in den entsprechenden Veröffentlichungen nachgeschlagen werden. Die ab 1989 bzw voraussichtlich gültige Novelle zur 1. SW-VwV wurde in den Bemessungsansätzen bereits berücksichtigt. Der Abschnitt 4.8 "Gewerbliches und industrielles Abwasser" hat einführenden, exemplarischen Wert. Es wird hierzu auf die Spezialliteratur verwiesen. Ich hoffe, daß auch diese Auflage wieder freundliche Aufnahme bei allen in der Abwassertechnik Tätigen findet. Ich danke für Anregungen und Kritik zur 8. Auflage und hoffe, daß das rege kritische Interesse auch für diese 9. Auflage erhalten bleibt. Eckernförde, Herbst 1988 Wolfgang Bischof

4 Inhalt 1 Arten und Mengen des Abwassers 1. 1 Arten und Begriffe Menge des Schmutzwassers Haushaltungen Gewerbe, Industrie, öffentliche Einrichtungen und Fremdwasser Menge des Regenwassers Regenspende Zeitbeiwert Berechnungsregen Abflußbeiwert Abflußmenge in der Leitung Flutlinien Summenlinienverfahren mit festem Berechnungsregen und geschätzter Fließzeit Summenlinienverfahren Allgemeine Mängel der Verfahren Summenlinienverfahren mit Berücksichtigung der Speicherwirkung (nach Müller-Neuhaus) Zeitbeiwertverfahren Berechnungsverfahren mit dem Zeitabflußfaktor Vergleich und Anwendung der hydrologischen Berechnungsverfahren Berechnungsverfahren mit Datenverarbeitung Grundlagen des Entwässerungsentwurfs 2.1 Vorerhebungen Grundstücksentwässerung...' Arten der Grundstücksentwässerung Anschlußkanal... ' Grundleitungen Kontrollschächte Falleitungen Rohrweiten der Grundstücksentwässerungsleitungen Sonstige Einrichtungen der Grundstücksentwässerung Entwässerungsverfahren Mischverfahren Trennverfahren Vor- und Nachteile bei der Verfahren Querschnittsformen der Leitungen Kreisprofil Eiprofil Maulprofil Hydraulische Berechnung der Leitungen Kontinuitätsgleichung Empirische Geschwindigkeitsformeln

5 VI Inhalt Geschwindigkeitsformel nach Prandtl-Colebrook Teilfüllung Berechnungsbeispiele Offene Kanäle (Gerinne) Entwurf einer Ortsentwässerung Begrenzung des Entwässerungsgebiets Beschaffenheit'des Entwässerungsgebiets Vorüberlegungen zu den Hauptteilen einer Ortsentwässerung Kläranlage und Abwasserpumpwerke Leitungsnetz Lage der Leitungen im Straßenkörper Tiefenlage der Leitungen Gefälle 2.7 Bearbeiten eines Entwässerungsentwurfs (Kanalsystem) Planbeschaffung Geländebegehung, generelle örtliche Erkundung Vermessungsarbeiten Generelle Lösung der Entwurfsaufgabe Eintragen der Kanalachsen im Lageplan Aufteilen des Entwässerungsgebietes Vorkotierung der Kanäle im Lageplan Zeichnen der Längsschnitte Hydraulische Berechnung Ergänzung und Korrektur der Längsschnitte und des Lageplans Massenermittlung Leistungsbeschreibungen und Kostenvoranschlag Erläuterungsbericht Bestandspläne Statische Berechnung von Entwässerungsleitungen Baugrubenbreite Rohrbelastung Lagerungsfälle Sicherheitsbeiwerte Tragfähigkeitsnachweis Berechnungsbeispiel Spannungsnachweis Berechnungsbeispiel Verformungsnachweis Berechnungsbeispiel Bauliche Gestaltung von Entwässerungsanlagen 3.1 Baustoffe der Entwässerungsleitungen Steinzeug Beton Rohrverbindungen für Steinzeugrohre nach DIN 1230 und Betonrohre nach DIN Rohrverbindungen für Muffenrohre Rohrverbindungen für Falzrohre Stahlbetonrohre und Stahlbetondruckrohre (DIN 4035) Mauerwerk Asbestzementrohre (Az) Kunststoffrohre Kunststoffrohre mit Profilwand Glasfaserverstärkte Kunststoffrohre (GFK-Rohre)

6 Inhalt VII Stahlrohre Gußeiserne Rohre Rohre aus Verbundwerkstoffen Beton-Keramik-Rohr (BK-Rohr) Beton-Kunststoff-Rohr Bauvolumen und Abschreibungssätze Leitungsbau Offene Bauweisen Vermessungsarbeiten Bodenaushub Einsteifen der Baugrube Rohrlagerung Verlegen von Leitungen und Einrichten der Rohre Geschlossene Bauweisen Horizontal-Bohrgerät zum Unterbohren kurzer Strecken Geschlossene Bauweise im Messervortrieb, Kölner Verbau und Preßbohrverfahren Steilstrecken Wasserhaltung Offene Wasserhaltung Grundwasserabsenkung durch Brunnen Grundwasserabsenkung durch das Vakuumverfahren Grundwasserabsenkung durch Elektro-Osmose-Verfahren Stabilisierung nicht stehender Böden unter gleichzeitiger Grundwasserhaltung durch das Gefrierverfahren oder durch chemische Verfestigung 3.3 Bauwerke der Ortsentwässerung Straßenabläufe Schachtbauwerke Einsteigschächte Einlaufbauwerke Umleitungs- und Verbindungsbauwerke Absturzbauwerke Konstruktionsanleitung für Schachtbauwerke Fertigteilschächte Regenentlastungsbauwerke Berechnungswassermengen Regenüberläufe (RÜ) Regenwasserbecken Kreuzungsbauwerke Düker Heber Rohrbrücken Bahnkreuzungen Abwasserhebung Pumpen und Antriebsmaschinen Pumpwerksarten Bau von Abwasserpumpwerken Berechnung von Abwasserpumpwerken Berechnungsbeispiel Ahwasserdruckrohrleitungen Ausführungsbeispiele größerer Abwasserpumpwerke Pneumatische Abwasserförderung Entwässerungssysteme im Druck- oder Saugverfahren Unterhaltung, Betrieb und Sanierung der Entwässerungsanlagen Unterhaltung und Betrieb Sanierung 4 Abwasserreinigung 4.1 Grundlagen der Abwasserreinigung Wirkung von Abwassereinleitungen auf die Gewässer..., Zusammensetzung des Abwassers Parameter der Abwasserverschmutzung Anforderungen an die Abwasserbehandlung Grenzwerte für Abwassereinleitungen Mindestanforderungen Wasserrechtlicher Bescheid Belastung des Vorfluters Selbstreinigung des Vorfluters

7 VIII Inhalt Berechnungsbeispiele Einleiten von Abwasser in Seen und Küstengewässer Reinigungswirkung von Kläranlagen Abwasserreinigungsverfahren Bestandteile und Kosten einer Kläranlage Bestandteile Kosten der Kläranlagen Baukosten Betriebskosten Möglichkeiten zur Kostensenkung Jährlicher Kostenaufwand 4.4 Mechanische Abwasserreinigung Absetzen und Flotation Absetzen von körnigen Stoffen Absetzen von Flocken Siebe und Rechen Siebe Stabrechen Maschinell bediente Rechen Berechnung von Stabrechen Sandfänge Langsandfang Tiefsandfang Rundsandfang Hydrozyklon Absetzbecken Flachbecken Trichterbecken Zweistöckige und kombinierte Absetzanlagen Flotationsbecken Berechnung von Absetzbecken Durchflußzeiten Flächenbeschickung Beckentiefe Parallelplattenabscheider Berechnungsbeispiele 4.5 Biologische Abwasserreinigung Festbettkörperverfahren Berechnung von Tropfkörpern n. ATV-A Bau und Betrieb der Tropfkörper Berechnungsbeispiele Weitere Überlegungen zur Bemessung und Ausbildung von Tropfkörpern Kunststoff tropfkörper Tropfkörper bei zwei biologischen Reinigungsstufen Getauchte Festbettkörper Belebungsverfahren Berechnung von Belebungsbecken Berechnungsbeispiel Bau und Betrieb von Belebungsbecken Kombinierte Belebungsbecken Mehrstufige Belebungsanlagen Anaerobe Abwasserbehandlung Natürlich-biologische Verfahren und Abwasserteiche Rieseiverfahren Bodenfilter Pflanzenanlagen Beregnungsverfahren Abwasserteiche Weitergehende Abwasserreinigung Phosphor Stickstoff Berechnungsbeispiel für eine vorgeschaltete Denitrifikation Filtrationsverfahren Der Schnellfilter mit abwärtsgerichteter Strömung Trockenfiltration Der aufwärts durchströmte Schnellfilter Kontinuierlich betriebene Filter Tuchfilter 4.6 Behandlung des Abwasserschlammes Grundlagen Schlammfaulung Bau der Faulräume Betrieb der Faulräume Bemessen der Faulräume

8 Inhalt IX Schlammentwässerung Eindicken Natürliche Schlammentwässerung auf Schlammplätzen Künstliche Entwässerung Schlammbeseitigung Landwirtschaftliche Schlammverwertung und Schlammbeseitigung Schlammkompostierung Schlammverbrennung (-veraschung) Gasgewinnung Behandlung und Beseitigung von Schlamm aus Kleinkläranlagen (Fäkalschlamm) Rechtsgrundlagen Menge und Beschaffenheit Kosten Behandlung von Fäkalschlämmen in zentralen Kläranlagen Behandlung von Fäkalschlamm in Abwasserteichen, durch maschinelle Systeme. Kalkzugabe und in Bodenfiltern 4.7 Kleine Kläranlagen Belebungsanlagen in Schachtbauweise Oxidationsgraben - Belebungsgraben ' Die Schreiber-Tropfkörper-Kläranlage Becken mit Kreiselbelüftung Das Gegenstrom-Rundbecken Kläranlagen mit Scheibentauchkörpern Teichkläranlagen Unbelüftete Teiche Belüftete Teiche Teiche mit ehern. Fällung Belüftete Teiche mit Schlammrückführung Teiche in Kombination mit Tropfkörpern, Tauchkörpern oder Belebungsanlagen Ablaufbehandlung im Schönungsteich Bemessung von Kläranlagen für kleine Gemeinden Kläranlagen mit Direktfällung Gewerbliches und industrielles Abwasser Hochofenwerke Papierfabriken Steinkohlenbergbau Metallindustrie Textilindustrie Lebensmittelindustrie Literaturverzeichnis DIN-Normen zur Abwassertechnik Sachverzeichnis

9 x Hinweise auf DIN-Normen in diesem Werk entsprechen dem Stand der Normung bei Abschluß des Manuskripts. Maßgebend sind die jeweils neuesten Ausgaben der Normblätter des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., die durch den Beuth-Verlag, Berlin und Köln, zu beziehen sind. - Sinngemäß gilt das gleiche für alle in diesem Buch angezogenen amtlichen Richtlinien, Bestimmungen, Verordnungen usw. Neue Einheiten. Verwendet wurden die durch das "Gesetz über Einheiten im Meßwesen" vom und seine "Ausführungsverordnung" vom für einige technische Größen eingeführten neuen Einheiten. Hinweise zur Umrechnung in "neue" Einheiten und umgekehrt Ab sind nur noch diese SI-Einheiten für den Gebrauch im Bauwesen zugelassen Bezeichnungen Belastungen, Kraft Spannungen, Festigkeiten Moment Energie, Arbeit, Wärmemenge Sonstige gebräuchliche Maßeinheiten: Temperaturdifferenzen Gasdruck Masse Neue gesetzliche Einheiten 1 N (Newton) ION 1 kn (Kilonewton) 10 kn 1 MN (Meganewton) 0,1 Nimm' 1 Nimm' = 1 MN/m' (1 MNlm' = 10 6 N/10 6 mm' = 1 Nimm') 1 Pa (Pascal) = 1 N/m' 1 MPa = 1 MN/m 2 = 1 Nimm' 1 Nm 10 Nm 10 knm 1 J (Joule) = 1 Nm 1 kj (Kilojoule) 1 W (Watt) = 1 Nm/s = 1 J/s 1 J = 1 Ws 1 K (Kelvin) 1 bar = 0,1 Nimm' = 0,1 MPa 1 kg Alte Einheiten 0,1 kp*) 1 kp 100 kp 1 Mp 100 Mp 1 kp/cm' 10 kp/cm 2 0,1 kpm*) 1 kpm 1 Mpm 0,1 kpm 1 grd = 1 at (= 1 kp/cm 2 ) 1 kg *) Hinreichende Genauigkeit in der Praxis Umrechnung von kcal/h in Watt (W): 1 W = 0,86 kcal/h z. B. Wärmeleitzahl,1,: 1 kcal/h = 1.16 W 1 kcal/m h K = 1,16 W/m K Mengen von Gasen und gelösten Stoffen werden in mmol/l oder in mol/rn} angegeben, z. B.: mg/i SO. = = - = 1,04 mmol/i ~ Molekülmasse in mg/mmol oder in g/mol