Taschenbuch der Stadtentwässerung

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1 K. Imhoff, K. R. Imhoff, N. Jardin 100 JAHRE Taschenbuch der Stadtentwässerung 31. Auflage Oldenbourg Industrieverlag

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5 K. Imhoff, K. R. Imhoff, N. Jardin Taschenbuch der Stadtentwässerung 31. verbesserte Auflage herausgegeben von Klaus R. Imhoff und Norbert Jardin unter Mitarbeit von Michael Becker Harro Bode Bert Bosseler Wilhelm von der Emde Rolf Kayser Ralf Klopp Dieter Londong Jörg Londong Klaus Mudrack Hans-Reinhard Verworn Michael Weyand Gilbert Willems Mit 141 Abbildungen, 10 Tafeln und 67 Tabellen Oldenbourg Industrieverlag München

6 Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek: Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar (c) 2009 Oldenbourg Industrieverlag GmbH Rosenheimer Straße 145, D München Telefon: (089) Das Werk einschließlich aller Abbildungen ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen. Lektorat: Christine Ziegler Korrektorat: Sieglinde Balzereit Layout: Schmidt Media Design, München Druck/Bindung: Grafik+Druck, München Gedruckt auf säure- und chlorfreiem Papier ISBN:

7 Vorwort Dieses Buch wurde zuerst 1906, also vor 103 Jahren geschrieben. Es hatte den Zweck, einigen jungen Ingenieuren der damals gegründeten»emscher-genossenschaft«in Essen in kurzer Form die Unterlagen zu geben, die man für die Ableitung und die Reinigung des Abwassers eines engbesiedelten Industriegebietes brauchte. Die Grundregel der Abwassertechnik war dabei das»frischhalten«, das damals noch ein ziemlich neuer Begriff war. Daraus entstanden die»offenen Abwasserkanäle«und die»geruchlosen Klärwerke«, die aus zweistöckigen Absetzbecken, verbunden mit Schlammfaulräumen und Trockenplätzen bestanden. Nach einem Entwurf von 1910 wurde dann der»ruhrverband«in Essen gegründet. Er übernahm die Aufgabe, den Ruhrfluss reinzuhalten, der das Trinkwasser für das große Industriegebiet zu liefern hat. Als Folge dieser Arbeiten hatte sich das Buch dann besonders mit den biologischen Reinigungsverfahren zu beschäftigen und später mit den Selbstreinigungsvorgängen im Flusswasser. Das Buch wurde 40-mal übersetzt. Es ist insgesamt in 20 Sprachen erschienen. Sämtliche Ausgaben können in der»historischen Sammlung«des Ruhrverbands in Essen-Rellinghausen besichtigt werden. Wesentlichen Einfluss hatte das Buch: Imhoff and Fair»Sewage Treatment«. Darin hat Gordon M. Fair, Cambridge, das Buch für amerikanische Verhältnisse umgearbeitet. Besonders sind die von Fair entwickelten Rechnungsverfahren für die Selbstreinigung der Gewässer zu nennen, die dann auch in das deutsche Buch übernommen wurden. Karl Imhoff, der Begründer des Buches, ist nach Durchsicht der 21. Auflage am 28. September 1965 gestorben. Seinen Beitrag zum Gewässerschutz beschreibt Annen, G. in»wegbereiter der Bautechnik«, VDI-Verlag, Düsseldorf Die Bearbeitung des Buches lag seither bei seinem Sohn, Klaus R. Imhoff. Seit der Herausgabe der 30. Auflage haben Norbert Jardin, der Leiter der Planungsabteilung des Ruhrverbands, und 12 auf der Titelseite genannte Mitarbeiter mitgewirkt. Auch in der neuen 31. Auflage hat das Buch den Grundsatz beibehalten, dass schwierige Formeln und zeitraubende Ausrechnungen vermieden werden. Wo es geht, werden nur Erfahrungszahlen angegeben, nach denen man sich richten kann. Aus den Schaulinien lassen sich viele Fragen mit einem Blick und mit genügender Genauigkeit beantworten, da die Genauigkeit der Berechnung nicht größer zu sein braucht als die der Annahmen. Über 2000 Hinweise auf die

8 VI Vorwort Literatur des Fachgebiets setzen den Leser instand, an jedem Punkt in Einzelheiten vorzustoßen, wo ihm der Text nicht ausreicht. Da das Buch in 10 verschiedenen Sprachen verfügbar ist und sehr häufig auch in Entwicklungsländern benutzt wird, werden neben den modernen kostenträchtigen Behandlungsverfahren entsprechend dem Stand der Technik auch einfachere Lösungswege für Entwicklungsländer aufgezeigt. Gegenüber der 30. Auflage von 2006 ist das Buch wieder in allen Abschnitten verbessert und auf den heutigen Stand ergänzt worden. Besonders zu erwähnen sind folgende Punkte: Regenentlastungen (S ) Regenrückhalteräume (S ) Regenwasserabfluss (S ) Tragverhalten von Abwasserkanälen (S ) Abwasser als Wertstoff (S ) Kosten der Abwasserreinigung (S. 106) Sandfang (S. 170) Bemessung von Belebungsanlagen nach dem ATV-DVWK- Arbeitsblatt A 131 (S ) Weitergehende Abwasserreinigung (S ) Gasgewinnung, Heizung und Gasverwertung (S ) Methan als Treibgas (S ) Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung (S ) Schlammwasserbehandlung (S ) Beseitigung des Schlammes (S ) Gewerbliches Abwasser (Tabelle Einwohnergleichwerte verschiedener Abwässer, S. 378) Gewerbliches Abwasser (Zuckerfabriken, S. 385) Kleine Klärwerke (S ) Kreislauf des Wassers (S ) Die Europäische Wasserrahmenrichtlinie (S ) Prioritäre Stoffe (S ) Badegewässerrichtlinie (S ) TMDL-Konzept der USA (S ) Ansprüche des Gewässers (S ) Beeinträchtigungen (S ) Hilfen im Gewässer (S. 460) Normung (S ) DWA-Regelwerk (S ) Essen, im Mai 2009 Professor Dr.-Ing. E.h. Klaus R. Imhoff Professor Dr.-Ing. Norbert Jardin

9 Inhalt VII Erster Teil 1. Grundsätze der Stadtentwässerung Kanalnetz Pumpwerke Regenentlastungen Allgemeines Regenüberläufe Regenüberlaufbecken Regenrückhalteräume Retentionsbodenfilter Regenklärbecken Hochwassersicherheit von Regenwasser einleitungen Regenwasserbewirtschaftung vor Ort Berechnung des Leitungsnetzes Schmutzwasserabfluss Regenwasserabfluss Schätzung aus der Fläche oder aus der Länge Abgekürzte Berechnung aus Länge, Geschwindigkeit und Abflussbeiwert Abwasseranfall in Abhängigkeit von der Bebauung Listenrechnung Berechnung mit Hilfe der EDV Bestimmung der Querschnitte Tafeln zur Berechnung von Leitungsquerschnitten Tragverhalten von Abwasserkanälen Einleitung Kanalrohre und -rohrleitungen Kreisringmodell Längsbiegung Werkstoffverhalten Rohr-Boden-Systeme Neubau bzw. Erneuerung in offener Bauweise Neubau in geschlossener Bauweise Instandsetzung in geschlossener Bauweise Belastungen Verkehrslasten Außenwasserdruck

10 VIII Inhalt Zweiter Teil 4. Allgemeines über die Abwasser behandlung Überblick über die Aufgabe Vorgänge der Abwasserreinigung Die Verfahren der Abwasserreinigung und ihre Leistung Natürliche oder künstliche Verfahren? Abwasser als Wertstoff Kosten der Abwasserreinigung Feste Abfallstoffe, Müll Emissionen Gerüche Geräusche Aerosole Berechnung und Planung der Klärwerke Beschaffenheit des Abwassers Dispersität Summarische Parameter Biologische Parameter Beziehungen wichtiger Parameter untereinander Einwohnerspezifische Frachten Beschaffenheit von abfließendem Niederschlag Anforderungen an gewerblich/industrielle Indirekteinleitungen Siebe, Rechen Schwimmverfahren Absetzverfahren Körniger Schlamm und Oberfläche Sandfang Flockenschlamm und Durchflusszeit Absetzbecken Beckenarten Flockung Chemische Fällung Biologische Verfahren Weiträumige Landbewässerung Rieselfelder (hoch belastete) Bodenfilter (Beispiel S. 428) Flächenbedarf Tropfkörper Tauchkörper, getauchte Festbetten

11 Inhalt IX Biofilter Belebungsverfahren Bemessung von Belebungsanlagen nach dem ATV- DVWK-Arbeitsblatt A Zweistufige biologische Verfahren Abwasserteiche, Stauseen, Feuchtgebiete Nitratverfahren Faulverfahren (für Abwasser) Weitergehende Abwasserreinigung Überblick Weitergehende Kohlenstoffelimination Weitergehende Phosphorelimination Weitergehende Stickstoffelimination Chlor, Entkeimung Mikroverunreinigungen Membranbelebungsverfahren Einsatz der dynamischen Simulation für Planung und Betrieb kommunaler Belebungsanlagen Behandlung des Schlammes Überblick Schlammbeschaffenheit Schlammanfall Eindickung Überlüftung (simultan-aerobe Stabilisierung) Schlammfaulung Rohstoffe des Faulgases Bauarten der Schlammfaulräume Berechnung der Faulräume Gasgewinnung, Heizung und Gasverwertung Methan als Treibgas Schlammtrockenbeete Schlammteiche, Pflanzenbeete Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung Konditionierung des Schlammes Künstliche Entwässerung des Schlammes Schlammwasserbehandlung Schlammtrocknung Schlammverbrennung Beseitigung des Schlammes Gewerbliches Abwasser Allgemeine Gesichtspunkte Verschiedene Abwässer Kleinkläranlagen, dezentrale Abwasserbehandlung

12 X Inhalt 5.11 Kleine Klärwerke Behelfsanlagen Einzelheiten der Klärwerksplanung Beispiele zur Berechnung eines Klärwerks Kläranlagenbetrieb Dritter Teil 6. Die Einleitung des Abwassers in die Gewässer Kreislauf des Wassers Gesetzliche Anforderungen Die Europäische Wasserrahmenrichtlinie Prioritäre Stoffe Badegewässerrichtlinie TMDL-Konzept der USA Ansprüche des Gewässers Beeinträchtigungen Hilfen im Gewässer Die Selbstreinigung der Gewässer Der Sauerstoffverbrauch Die Sauerstoffaufnahme Die Berechnung des Sauerstoffhaushalts Sauerstoffverbrauch und -aufnahme Schätzungsverfahren nach Fair Berechnung der Sauerstofflinie nach Fair Zulässige Belastung nach Fair Berechnung einer künstlichen Belüftung für Fließgewässer Gewässergütemodelle Abwasserlastplan Weitere Gewässergütemodelle Vierter Teil 8. Normung, DWA-Regelwerk Normung DWA-Regelwerk

13 Inhalt XI Fünfter Teil 9. Maße, Zeitschriften, Verzeichnisse Englische und amerikanische Maße Zeitschriften und Schriftenreihen Sachverzeichnis Namenverzeichnis Anhang Tafeln nach Prandtl-Colebrook

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15 Erster Teil Stadtentwässerung 1. Grundsätze der Stadtentwässerung Kanalnetz Die Abwasserfrage kann hygienisch nur durch Kanalisation und Kläranlage gelöst werden. Die Aborte werden mit Wasserspülung angeschlossen, also keine abflusslosen Gruben, nach Möglichkeit keine Kleinkläranlagen. Das Entwässerungsnetz kann sparsam eingerichtet werden, wenn man Regenwasser versickert und zur Regenwasserableitung offene Wasserläufe benutzt (S. 70 und 460). Leitlinien der integralen Siedlungsentwässerung behandelt DWA-A 100, Mit dem Bebauungsplan muss auch der Entwässerungsplan (Vorentwurf) aufgestellt werden (ATV-M 101, 1996). Das Entwässerungsnetz wird zweckmäßig vor der gemeinsamen Wasserversorgung ausgeführt. Vorentwurf: Ist zuerst aufzustellen. Übersichtsplan 1 : bis 1 : 5000 mit Entwässerungsgebieten, Hauptsammlern, Regenentlastungen, Regenbecken, Klärwerk, Gewässer, Höhenschichtlinien. Längsschnitte der Hauptsammler, Längen wie im Lageplan, Höhen 1:100. Bohrergebnisse bei Klärwerk, Regenbecken und einigen wichtigen Stellen der Sammler. Berechnung der Sammler. Kritische Regenspende oder Verdünnungsverhältnis bei den Entlastungen. Hauptentwurf: Übersichtsplan 1 : bis 1 : 5000 mit Schichtlinien, Rohrnetzplan 1 : 5000 bis 1 : Längsschnitte, Höhen 1 Brix, Imhoff, Weldert, Die Stadtentwässerung in Deutschland. Gustav Fischer, Jena und Stuttgart Schleicher, Taschenbuch für Bauingenieure, Springer, Berlin Bretschneider et al., Taschenbuch der Wasserwirtschaft, Verlag Wasser u. Boden, Hamburg Design and Construction of Urban Storm Water Management Systems, WEF and ASCE, Lautrich, R., Der Abwasserkanal, Axel Lindow, Hamburg Hörler, A., Kanalisation, Ingenieurhandbuch Band II, Zürich Orth, H. M., Model-based Design of Water Distribution and Sewage Systems, John Wiley & Sons, Chichester Illi, M.,Von der Schissgruob zur modernen Stadtentwässerung, Verlag Neue Züricher Zeitung Stein, D. et al., Instandhaltung von Kanalisationen, Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin Roth, M., Grundlagen für den Betrieb von Kanalisationen, ATV-Landesgruppe Baden-Württemberg, Bleicher Verlag Pecher, R., Handbuch Versorgungs- und Abwassertechnik, VulkanVerlag, ATV-Handbücher: Planung der Kanalisation (1995), Bau und Betrieb der Kanalisation (1996), Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin.

16 2 Erster Teil: Stadtentwässerung 1 : 100. Kellertiefen, Grundwasserstände. Boden- und Grundwasserbeschaffenheit (S. 8). Bauplan mit Hausanschlüssen 1 : 1000 bis 1 : 500. Bauzeichnung der Leitungen, der Schächte, des Klärwerks usw., vollständige Bohrergebnisse, vollständige Berechnung des Leitungsnetzes, Beschreibung. Hauptentwurf nur für Straßen, die unbedingt festliegen. Erweiterungsgebiete nur überschlägig. Grundsatz: Abwasser frischhalten (S. 115) und Ablagerungen vermeiden. Dies ist besonders in Anfangshaltungen schwierig. Regelmäßig spülen oder Spülschächte vorsehen. Vorzuziehen in der Regel Mischverfahren (Mischentwässerung, Regen- und Schmutzwasser gemischt in gemeinsamen Leitungen). ATV-Arbeitsblatt A 105, Hennef Wo möglich Niederschlagswasser versickern ATV-DVWK-A 138, Hennef 2002 und Grotehusmann, D. et al., KA 1992, 666; Grau, A. et al., KA 1995, 797; Geiger, W. et al., Neue Wege für das Regenwasser, R. Oldenbourg-Verlag, München 1995; Meißner, E. et al., KA 1996, 1445; Londong, D., GWA 1996, Bd. 156, 10, ATV-Schriftenreihe 07, Hennef 1997; Brunner, P. G., KA 1998, 648; Sieker, F. et al., KA 2000, 1700, KA 2002, 508, GWF 2002, 708, GWF 2004, 874; Becker, M. et al., ATV-DVWK Bundestagung 2003, 339; DWA- M 153, Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser, August 2007; Sieker, F. et al., GWF 2008, 558. Modifizierte Entwässerungssysteme werden mit dem Ziel gebaut, durch Versickerung bzw. getrennte Ableitung des gering verschmutzten Regenwassers die Kosten von Entwässerungsanlagen zu senken. Bei bestehenden Systemen spricht man dann von Abkoppelungsmaßnahmen (DWA-Themen., März 2007). Trennverfahren (Trennentwässerung, getrennte Leitungen für Schmutzwasser) stets teurer und schwieriger, wenn zwei geschlossene Leitungsnetze. Vorteilhaft manchmal in ebenem Gelände und bei Entwässerung von Tiefgebieten an Uferstraßen längs des Vorfluters, wenn Abwasserpumpwerke erforderlich. Bei Ausnutzung von Straßenrinnen (Straßengefälle wenigstens 1 : 200), auch in weitläufig bebauten Außengebieten Wirtschaftlichkeit gegeben (Kehr, D. GI 1951, 355, Komm. wirtsch. 1955, 373, Veröff. d. Inst. f. Siedl.-Wasserwirtsch., Hannover, Heft 6, 1960). Zum Schmutzwasser wenigstens 100 % Zuschlag für Regen- und Grundwasser. Klärwerk beim Trennverfahren manchmal billiger, wenn Regenwasser nicht gereinigt zu werden braucht. Fremdwasser ist neben dem Schmutz- und Regenwasser ein Teil des Abwassers. Es wird als unerwünschter Abfluss in einem Entwässerungssystem angesehen, weil es wegen seiner guten Wasserqualität nicht gereinigt werden müsste und mengenmäßig die Abwasser-

17 1. Grundsätze der Stadtentwässerung 3 anlagen belastet. Es stammt aus angeschlossenen Quellen und Dränagen, aus Grundwasser, das durch schadhafte Stellen in die Kanalisation eindringt, aus eingeleiteten Bächen und aus Sickerwasser. Beim Schmutzwasserkanal der Trennkanalisation ist auch das Niederschlagswasser Fremdwasser. Seine Menge kann durch direkte Abflussmessungen in Zeiten, in denen kein Schmutzwasser in der Kanalisation abfließt, statistisch, modelltechnisch oder durch chemische Analysen bestimmt werden (Hager, W. et al., GWF 1985, 582; Pecher, K. H. et al., KA 2003, 70; Franz, T. et al., KA, 2008, 474; Reichel, F. und Getta, M., KW, 2008, 666). Eine genaue Zuordnung zur Herkunft und eine Quantifizierung des Fremdwasseranfalls sind allerdings nur durch teilweise sehr aufwändige Messprogramme innerhalb der Kanalisation möglich. Auf Basis solcher Messprogramme können auch konkrete Maßnahmen zur Vermeidung bzw. Verminderung des Fremdwasseranfalls identifiziert werden (Maus, H. et al., GWA, Bd. 198, Aachen 2005, 39; Hennerkes, J. et al., GWA Aachen, 2005, Bd. 198, 42; Jardin, N. et al., GWF 2006, 509; Jardin, N., GWA Aachen 2007, Bd. 207, 42). Der Fremdwasseranfall hat einen jahreszeitlichen Verlauf mit hohen Werten im Winterhalbjahr und geringen im Sommerhalbjahr (Decker, J., GWA, Bd. 158, Aachen 1997, 17; Pecher, R., KA 1998, 2250). Dies hat Auswirkung auf die Abwassertemperatur und die Reinigungsleistung der Kläranlage. Aufgrund der verfahrens- und reaktionskinetischen Randbedingungen erreicht die Stickstoffelimination auf Anlagen mit einem hohen Fremdwasseranfall nur eine eingeschränkte Leistungsfähigkeit. Darüber hinaus weisen Regenüberlaufbecken in Einzugsgebieten mit einem hohen Fremdwasseranfall sehr lange Einstau- und Entlastungsdauern in den Winter- und Frühjahrsmonaten auf. Einige Bundesländer begrenzen deshalb die erlaubte Fremdwassermenge, was Auswirkungen auf die Minderung der Abwasserabgabe (S. 381) haben kann (Pecher, K. H. et al., ATV-DVWK- Arbeitsbericht»Fremdwasser«, Kurzfassung KA 2004, 664). Wasser aus Regenleitungen des Trennverfahrens hat im Mittel einen biochemischen Sauerstoffbedarf (S. 135) von 15 mg/l, wenn keine Fehlanschlüsse erfolgt sind. Für Regenentlastungen des Mischverfahrens kann man 250 mg CSB/l bzw. 80 mg BSB 5 /1 annehmen. Da beim Mischverfahren erhebliche Regenmengen der Kläranlage zugeführt werden, ist die Belastung des Vorfluters in beiden Fällen etwa gleich (Pecher, R., KA 1974, 113; Weiss, G. et al., GWA Aachen 2004, Bd. 193, 20 und Brombach, H. et al., Wat. Sci. Tech., 2004, Vol. 51, No. 2, 119). Lage der Sammler nach dem natürlichen Gefälle. Getrennte Sammler für hoch und tief liegende Gebiete, wenn nur im hohen

18 4 Erster Teil: Stadtentwässerung Bild 1.1: Bevölkerungszunahme Gebiet Regenauslässe möglich sind oder wenn aus dem tiefen Gebiet gepumpt werden muss. Einzelne besonders tiefe Keller mit Pumpe entwässern. Bevölkerungszunahme (Bild 1.1) jährlich: Kleinstadt 1 %, Großstadt 0,5 %, Industriestadt bis 5 %. Zu rechnen in Bergbaugebieten auf 20 bis 25 Jahre, sonst bis 50 Jahre. Zunahme der Kopfzahl in Städten oft fraglich. Wenn Bauzonenpläne vorliegen, höchste mögliche Einwohnerzahl ausrechnen, bisherigen Bevölkerungszuwachs aufzeichnen und aus beiden die künftige Entwicklung schätzen. Aufgrund der demografischen Veränderungen muss in manchen Regionen Deutschlands zukünftig mit einem Rückgang der Bevölkerungszahl gerechnet werden. Gebietseinteilung und Bevölkerungsdichte nach Bauleitplan und Bebauungsplan (Liste S. 58). Bauwerke der Kanalisation, Beispiele, vergleiche DWA-M 158, Hennef Absperreinrichtungen (Rückstaudoppelverschluss) oder Hebeanlagen bei Hausanschlüssen, wenn Kellerräume gegen Überschwemmung aus der Straßenleitung geschützt werden sollen. Auch Handschieber möglich, der nur dann vorübergehend geöffnet wird, wenn Wasser abfließen soll, z. B. aus der Waschküche. Rohre aus oberen Stockwerken und Regenrohre müssen aber freien Abfluss haben, also den Verschluss umgehen (DWA-M 167-5), Abscheider und Rückstausicherungsanlagen, Hennef 2007). Richtlinien für die Grundstücksentwässerung vergleiche Bender, G. et al., KA 1998, 1700.

19 1. Grundsätze der Stadtentwässerung 5 Düker: Zwei Rohre, eines für Trockenwetter mit mindestens 1 m/s Geschwindigkeit während der Tagesstunden. Regenüberfall vor dem Regenrohr mit Schütz oder Dammbalken zur Spülung. Spülschieber vor beiden Rohren. Aufsteigender Ast nicht senkrecht, sondern mit Steigung höchstens 1:2 (Höhe zu Länge), damit Sand mit steigt. Für kleine Abflüsse nur ein Rohr, aber regelmäßige Spülung. Für große Abflüsse Regelung der Fließgeschwindigkeit durch Druckluftpolster möglich (Bielecki, R., Wasser u. Boden 1979, H. 8). Hydraulische Berechnung nach DWA-A 112, Hennef Heber möglichst zu vermeiden. Sonst wie Düker, aber Rohre leicht steigend, damit Luftblasen mitlaufen. Fallrohre senkrecht und scharf abgebogen, damit Luft mitgerissen wird. Rohrbrücken vergleiche Kittel,D., GWF 1971, 137. Druckrohre der Pumpwerke (Siewert, F. et al., KA 1988, 493 und 604). Anordnungen wie bei Düker. Entlüftung an ausgeprägten Hochpunkten. Berechnung von Düker und Druckrohr genau wie Gefälle-Leitung nach Tafel 1 bis 3, jedoch nicht Gefälle der Leitung, sondern Wasserspiegelgefälle, also Verhältnis von Förderhöhe zu Rohrlänge. Einzelheiten DWA-A 112, Zu empfehlende Geschwindigkeit 1 m/s. Abwasser frisch zu halten bei wechselndem Anfall (Tagesspitze und Nachtanfall bei Trockenwetter und Regen) ist schwierig. Helfen kann Spülung in kurzem Zeitabstand. Bild 1.2: Übliche Gefälle kreisförmiger Kanäle

20 6 Erster Teil: Stadtentwässerung Auch Belüftung von Leitungen (Arbeitsbericht ATV-AG 1.1.6, KA 1986, Heft 1). Längsschnitte: Geringste zulässige Fließgeschwindigkeit v = 1 m/s bei voller Füllung, 0,5 m/s bei Teilfüllung (Trockenwetter), andernfalls regelmäßige Spülung. Größte zulässige Geschwindigkeit v = 6,0 m/s für Steinzeugrohre und nach modernen Fertigungsverfahren hergestellte Betonrohre. Sonst Abstürze. Bei sandfreiem Abwasser kann die geringste Geschwindigkeit 0,4 m/s, die größte 6,0 m/s, für Schleuderbetonrohre 8,0 m/s sein. Danach die Gefälle nach den Tafeln 1 9 berechnen (S. 71 ff. und Schluss des Buches). Für Kreisrohre siehe Bild 1.2. Ausführliches darüber in Karakassonis, Die Bewegung der Schwerstoffe in flach geneigten Rohren, Oldenbourg, München 1936, auch Dobrochotow, GI 1941, 646; Brombach, H. et al., KA 1993, 1910; May, R. W. P. et al., Wat. Sci. Tech. Vol. 33, No. 9, 195, Die nachteiligen Auswirkungen von Ablagerungen im Kanalnetz untersucht Schmitt, F., ISAH, Heft 82, Universität Hannover Nach Carp sind die Gefälle der mit Betonplatten befestigten Wasserläufe des Emschergebiets 1 : 200 bis 1 : Bild 1.2 gibt ausreichende Schleppspannung für Kreisrohre bis 1 m Durchmesser. Bei größeren Durchmessern kann die Formel verwendet werden I krit = 1, h 0,13 I krit = kritisches Gefälle [ ] h = lichte Höhe [m] (Schütz, M., KA 1985, 415. Vergl. auch Macke, E., KA 1983, 462). Beispiel: Welches geringste Gefälle ist bei einem 0,4 m-rohr (d = 0,4 m) für sandhaltiges Abwasser noch zulässig? In Bild 1.2 ist es nach der zweiten Kurve von links 0,004 = 1 : 250. Dann hat man bei voller Füllung (h = 1,0 d) etwa die Fließgeschwindigkeit v = 1,0 m/s und bei Teilfüllung (h = 0,2 d) etwa v = 0,6 m/s. Das lässt sich aus den Tafeln 1 und 5 nachprüfen. Bei sandfreiem Abwasser wäre das zulässige Gefälle nach der ersten Kurve 0,002 = 1 : 500, wobei für die Teilfüllung h = 0,25 d die Geschwindigkeit noch etwa 0,4 m/s wäre. Sohlenstufen bei Gabeln und bei Querschnittswechseln, sodass die Mittelwasserlinien durchlaufen oder (bei reichlichem Gefälle) abfallen. Dabei darf die Sohle nach Bergsenkungen auf kurzen Strecken auch ansteigen. Bei schwachem Gefälle Sohle bündig durchführen. Leitungsquerschnitte üblich 25 bis 60 cm Kreisform in Beton, Steinzeug oder Faserzement. Darüber Kreis in Beton oder Stahlbeton. Gelegentlich Eiform.

21 1. Grundsätze der Stadtentwässerung 7 Geschlossene Sammler: Decke nach Erddruck und Verkehrslast. Meist Gewölbe. Sohle nach Wasserverhältnissen (Schleppspannung). Bei kleinem Trockenwetterabfluss in großem Querschnitt Niedrigwasserrinne mit Seitensteg oder 1 : 1 geneigten Seiten. Schächte bei jeder Änderung des Gefälles, der Richtung und des Querschnitts, sonst alle 100 m, in begehbaren Sammlern alle 100 m und mehr (Hoffmann, K.-H. et al., KA 1998, 1714). Nicht begehbare Leitungen zwischen Schächten unbedingt gerade. Ausführungsformen vergleiche ATV-DVWK-A 157, Bauwerke der Kanalisation, Hennef 2000 und Haendel, H., KA 1992, 1114). Bei Rohrdurchmessern bis 60 cm seitliche Aufstandsflächen des Schachtgrundes nicht im Kämpfer ansetzen, sondern bis zum Rohrscheitel hochziehen. Das führt zu geringen Fließverlusten bei Überstau (Liebmann, H., Wasser und Abwasser, Bd. 2, 1970, Erich Schmidt Verlag, Bielefeld). Straßenabläufe: Geruchverschluss vermeiden. Dadurch beste Lüftung der Kanäle. Kanalbetrieb umfasst die regelmäßige Inspektion (Betriebsaufwand für die Kanalisation-Betriebsaufgaben und Häufigkeiten, DWA-A 147, 2005) durch Begehung oder Fernsehkamera (ATV-M 143, Teil 1, 2004, Teil 2, 1999). Dazu Umsteigekatalog von ATV-M zu DIN EN in ATV-DVWK-M 152, Hennef Dabei sind Maßnahmen gegen gefährdende Stoffe zu beachten (ATV-M 108, 1994). Möglichkeiten der Dichtigkeitsprüfung (ATV- M 143, Teil 6, 1998, Dichtigkeitsprüfung bestehender Abwasserableitungen). Boden- und Grundwasserbelastung durch undichte Kanäle (Dohmann, M., GWA, Bd. 152, Aachen 1995, 18). Anforderungen an die Zustandserfassung (Keding, M. et al., KA 2003, 1135). Zustandserfassung und beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden, DWA-M und 4, % der öffentlichen Kanalisation in Deutschland sind sanierungsbedürftig (Berger, Ch. et al., KA 2002, 302). Kanalschadensbehebung ATV-Dokumentation, Heft 35, 1995; Maagh, P., ATV-Schriftenreihe 1999 und KA 2000, 1765; Froitzheim, H.-W. et al., KA 2001, 386; Sedehizade, F., GWF 2001 Nr. 14, 63; Milojevic, N., ATV-DVWK-Bundestagung 2004, 441. Die Reinigung erfolgt durch einfache Spülung (Zugschieber, Spülschilde, Spülklappen); Dettmar, J. et al., KA 2001, 1556, oder mit Hilfe des Hochdruckspülverfahrens (ATV-A 140, 1990); Hoffmann, K.-H. et al., KA 1997, 727, ATV-DVWK- M 197, 2004; Geb, M. et al., Vukan-Verlag, Essen 2002; Howe, H. O. et al., 3R international 2001, 25. Die anfallenden Feststoffe können 3,6 kg TR/(E a) betragen. Sie sind ordnungsgemäß zu behandeln und zu entsorgen (ATV-DVWK-M

22 8 Erster Teil: Stadtentwässerung 369, 2003). DWA-A 147, 2005, macht Angaben über den Betriebsaufwand. DWA-M 174, 2005, ordnet den Personalbedarf sowie den Fahrzeug- und Gerätebedarf zu. DWA-A 199-2, 2007, behandelt die Betriebsanweisung für das Personal von Kanalnetzen und Regenwasserbehandlungsanlagen. Nach den Selbstüberwachungsverordnungen der Länder ist der Eigentümer der Kanalisation zu einem ordnungsgemäßen Betrieb verpflichtet. Coburg, R. Chr. befasst sich mit der Effizienz der Instandhaltung, GWA Aachen, 2005, Bd Lüftung durch die Straßeneinläufe und die über Dach geführten Hausleitungen, also kein Hauptwasserverschluss an den Hausleitungen, wohl aber Wasserverschlüsse an jedem einzelnen Wassereinlauf. Öffnungen in Schachtdeckeln, namentlich bei Gefällewechsel, damit Luft bei plötzlichen Regengüssen entweichen kann. Bei sehr langen, abgeschlossenen Leitungen künstlich lüften (Müller,W., GI 1952, 164). Baustoffe: Kleine und mittelgroße Leitungen werden aus Beton oder Steinzeugrohren zusammengesetzt. Beide Stoffe sind im Allgemeinen gleichwertig und bei guter Ausführung wasserundurchlässig. Sie haben gleiche Reibungsverluste, solange die Wand nicht angefressen ist, und ihre Muffenverbindungen in Glockenform sind gleich gut. Bei Asphaltdichtung müssen die Rohre trocken sein. Besser Roll- oder Gleitringe und Kunststoffdichtung. Wassertemperaturen über 35 C sind nicht zulässig. Steinzeug ist teurer, hat aber längere Lebensdauer und widersteht sicher chemischen und mechanischen Anfressungen. Abmessungen Steinzeughandbuch, Köln Betonrohre müssen wasserundurchlässig sein. Man erreicht dies durch richtige Betonzusammensetzung und fachgerechte Verarbeitung. Durch Stahlbewehrung kann man sie für jeden Außen- und Innendruck einrichten. Gebräuchlichste Rohrverbindung Glockenmuffe mit Gummidichtung. Muffenrohre können in großen Längen hergestellt werden. Boden und Grundwasser müssen darauf untersucht werden, ob chemische Angriffe zu befürchten sind. Auch der Angriff von innen durch gewerbliches Abwasser, durch Faulgase (Schwefelwasserstoff) und Sand ist zu beachten. ATV-M 168, 1998, Korrosion von Abwasseranlagen. Schutzmittel sind: Ableiten des Grundwassers, Verdichten des Betons, Mörtelzusatzmittel, Anstriche, Beschichtungen und Auskleidung mit Steinzeugplatten. Bei geringem Gefälle ist die Fäulnis von Abwasser und Schlamm durch Spülen und Lüften zu bekämpfen (Thistlethwayte, D. K. B., The Control of Sulphides in Sewerage Systems, Butterworth, Sydney 1972; Deutsche Übersetzung, Beton-Verlag, Düsseldorf 1979.

23 1. Grundsätze der Stadtentwässerung 9 Auskleidung von Großrohren; Bielecki, R.,Wasser u. Boden, 1979 Heft 8; Klose, N., Sulfidprobleme und deren Vermeidung, Beton- Verlag, Düsseldorf 1981; Lohse, M., KA 1987, 631; Stein, D. et al., KA 1987, 1016). In Sonderfällen (hoher Grundwasserstand, Druckleitungen für Abwasser oder Klärschlamm) haben sich Faserzementrohre bewährt. Es kommen auch Guss-Stahl- und PE-HD- bzw. andere Kunststoffrohre zum Einsatz, deren Eignung nachgewiesen ist (Falter,B. et al., KA 1999, 233; Lühr,J. et al., KA 2003, 1012). Über Erfahrungen mit Kanalrohren aus PVC-hart für kleine Durchmesser berichtet Schulte (KA 1970, 178). Rohrwerkstoffe beschreibt Haendel,H., KA 1984, 592 und 701. Bauausführung (DWA-A 139, Gelbdruck 2008 und für Wassergewinnungsgebiete A 142, 2002). Meist offene Baugrube. Bis Rohrnennweite 50 cm Grubenbreite gleich Rohraußendurchmesser + 60 cm. Darüber Rohraußendurchmesser + 80 cm (Müller, W. J. und Jakobitz, K., KA 1966, H. 6; Krippgans, Chr., Energie/Wasser- Praxis 2003, Heft 3, 32). Verlegen am Tiefpunkt beginnen. Rohre auf Sandunterlage oder Beton. Prüfung der fertig verlegten Rohrleitung auf Wasserdichtigkeit im offenen Rohrgraben nach DIN 4033 (Danielewski, G., GWF 1967, 1031). Füllmaterial behutsam verdichten. Unter wichtigen Verkehrswegen und bei großen Verlegetiefen Vorpressen (Pfützner, W., GWF 1967, 1079; Lenz, D., Betonund Stahlbetonbau 1970, 183). Verschiedene Bauweisen, Veit, W., GWF 1967, 418, und DWA-A 125, Rohrvortrieb und verwandte Verfahren, Vortreiben kleiner Durchmesser, Möhring, K., Berichte der ATV, Nr. 42, 1992, Wasserversorgungs- und Abwassertechnik, Bd. 1, Vulkan-Verlag 1995, 257. In Wassergewinnungsgebieten sind besondere Schutzmaßnahmen erforderlich (ATV-M 146, 1995). Baukosten des Leitungsnetzes betragen bei DN 300 etwa 300 /m und bei DN 600 etwa 375 /m. Bei kleinen Städten ( E) werden 6 m Kanal je Einwohner benötigt. Bei großen Städten ( E) 3 m/e. Die spezifischen Kanalbaukosten betragen im ersten Fall etwa 2800 /E. Bei der großen Stadt 2400 /E (Gilles, J., KA 1987, 414; Pecher, R., KA 1992, 638).

24 10 Erster Teil: Stadtentwässerung 1.2 Pumpwerke 2 Baulichen Teil nach Leistungsfähigkeit des Kanalnetzes bemessen, das heißt für Endausbau. Elektrischen Teil (Stromanschluss u. Schaltschrankfelder) ebenfalls für Endausbau. Pumpen für Zwischenzustände. Bei Planung nicht nur fördertechnische Aufgabe lösen, sondern auch Auswirkungen auf Kanalisation (Korrosion) und Klärwerk überprüfen. Auf gleichmäßigen Förderstrom und Frischhalten des Abwassers achten. Förderung im Kanalnetz meistens mit Kreiselpumpen. Bei Pumpwerken vor der Kläranlage häufig mit Förderschnecken. Bei Transport kleinerer Mengen über längere Strecken auch pneumatisch mit Kompressoren. Bei Kreiselpumpen Wahl der Pumpen und Ausbildung des Saugraumes (Pumpensumpfes) für rechenfreien Betrieb vornehmen (Londong, D. et al., Wasser u. Boden, 1984, 484). Meist Trockenaufstellung mit freiem Zulauf zur Pumpe. Pumpen horizontal oder vertikal in Blockbauweise. Sperrspalt vorsehen. Sohle abschrägen, damit kein Schlamm liegen bleibt. Günstig seitlicher Zulauf, Trockenwetterpumpe wegen Spülung als letzte anordnen. Anpassung des Förderstromes durch Saugraum, aber auch durch Drehzahländerung. Für Ausgleich kann Kanal mitgenutzt werden, wenn keine Schlammablagerungen (Fließgeschwindigkeit wenigstens 0,8 m/s bei Trockenwetter) und Rückstau zulässig. Tauchmotorpumpen in Nassaufstellung meist bei kleinen Verhältnissen und als Entleerungspumpen von Regenbecken. Laufraddurchgang 100 mm. Nutzvolumen des Saugraumes V N (m 3 ) abhängig von Pumpenförderstrom Q F (l/s) und Schalthäufigkeit Z (l/h). Bei mehreren unterschiedlich großen Pumpen nur größte Pumpe und bei mehreren gleichgroßen Pumpen eine Pumpe maßgebend für Nutzvolumen, aber anteilige Höhen für Ein- und Ausschalten der anderen Pumpen berücksichtigen: 3 09, QF (l / s) VN (m ) = Z Richtwerte für Schalthäufigkeiten: Motorleistung bis 7,5 kw Z 15 bis 30 kw Z 12 darüber Z 10 2 ATV-Handbuch, Bau und Betrieb der Kanalisation, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1996; Klauwer, E., Betrieb von Abwasserpumpwerken, GWA, Bd. 165, Aachen 1998, 22, ATV-Arbeitsblatt A 134; Tuttahs, G., KA 1988, 998; Weismann, D., Kommunale Abwasserpumpwerke, Vulkan-Verlag, Essen 1999.

25 1. Grundsätze der Stadtentwässerung 11 Bei Tauchmotorpumpen in Nassaufstellung bis 30 kw doppelte Schalthäufigkeit zulässig, da selbsttätige Kühlung durch Abwasser. Weitergehende Berechnungen z. B. nach Carp, Wasserwirtschaft, 1951/52, 163. Saugraum nicht zu groß, um Abwasser frischzuhalten und Ablagerungen zu vermeiden. Förderschnecken passen sich wechselnden Zuflüssen (ohne zusätzliche Vorkehrungen) an. Besonderer Saugraum nicht erforderlich. Nach Erreichen des Füllpunktes konstanter Förderstrom. Schneckentrog aus Ortbeton, Fertigbetonteilen, Stahlblech oder hoch abriebfestem Schmelzbasalt (Wasserförderschnecken, Selbstverlag der Ritz OHG, Schwäbisch-Gmünd 1968; Lewinsky-Kesslitz, H. P., Österr. Wasserwirtschaft 1966, 261; Radlik, K. A., Abwasserpumpwerke, Abwassertechnik, 1984, 16; Nagel, G. et al., Wasserförderschnecken, Udo Pfriemer Verlag, Wiesbaden 1988). Pneumatische Förderung bei Förderstrom bis etwa 50 l/s. Zum Frischhalten des Abwassers günstig. Vorteile auch bei kleinen Zuflüssen und großen Förderhöhen, z. B. 100 m, und bei Anschluss mehrerer Pumpwerke an gemeinsame Druckleitung. Keine Druckstöße. Bei Wirtschaftlichkeitsberechnungen darauf achten, dass höhere Baukosten des Pumpwerkes bei Druckleitung ausgeglichen werden können, da keine Entlüftungen, Entleerungen, Spülschächte und Verlegung parallel zur Erdoberfläche möglich. Schaltanlagen überflutungssicher installieren. Zugang zum Saugraum außerhalb des Pumpenraumes. Schutzart für Schaltanlagen und elektrische Geräte nach örtlichen Gegebenheiten. Einzelheiten nach ATV-DVWK-A 134, Motorantriebsleistung K eines Förderaggregates (für Wasser): 981, H Q K = η A F ( kw ) mit H = manometrische Förderhöhe (m) Q F = Förderstrom (m 3 /s) η A = Anlagenwirkungsgrad (Gesamtwirkungsgrad von Förderaggregat und Motor mit sonstigen Abzügen). Bei Kreiselpumpen η A = 0,30 bis 0,80 abhängig von Abwasserart und Laufradausbildung. Pumpen so auswählen, dass Betriebspunkte überwiegend im Bereich des maximalen Wirkungsgrades liegen, bei möglichst flachem Verlauf der Wirkungskurve in diesem Bereich. Bei Förderschnecken maximal η A = 0,60 bis 0,70 in einem weiten Bereich des Förderstromes. Bei pneumatischer Förderung Wirkungsgrade η A = 0,20 bis 0,30.

26 12 Erster Teil: Stadtentwässerung Jahresstromkosten K E : K E 8760 H Q = 102 η A M k E ( ) Mit H = manometrische Förderhöhe (m) Q M = mittlerer Zufluss (l/s) k E = kwh-durchschnittspreis ( /kwh) Für den Betrieb von Abwasserpumpanlagen kann man bei einer installierten Leistung von 50 kw 200 Stunden je Jahr annehmen, bei 100 kw etwa 350 h/a (Mahret, H. et al., KA 1998, 967; Betriebskosten von Abwasserpumpstationen, Arbeitsbericht, KA 2007, 1232) Stromkosten für 1 l/s 1 m bei mittlerem Wirkungsgrad und k E = 0,15 /kwh etwa 25 /a. Stromkosten für 1 Einwohner und Jahr bei 150 l/(e d) und H = 10 m etwa 1 /a. Hängt aber stark von Größenordnung ab. Physikalisch entspricht 1 kwh 367 mt oder 3, kpm. Bei schwierigen Untergrundverhältnissen und kleinen Zuflüssen kommen auch Druckentwässerung (Zander, B., GWF 1972, 447; Jedlitschka, J. et al., KA 1985, 118; KA 1987, 70, DWA-A 116-2, Druckentwässerung, 2007; Ortmann, K.-F., KA 2006, 817) oder Vakuumentwässerung (Winkelmair, G., Wasser u. Boden 1974, 229; Jedlitschka, J. et al., KA 1985, 123; Schluff, R., Unterdruckentwässerung, Heikendorf 1990, Wasserwaage 5, DWA-A 116, Teil 1, 2005) in Frage. Bei Kleinstzuflüssen Einsatz von Schneidkopfpumpen vertretbar. Baukosten von Pumpwerken, Baumbach, A. et al., KA 2001, Betriebsanweisung für das Personal von Abwasserpumpanlagen DWA-A 199-3, Regenentlastungen bearbeitet von Bauassessor Gilbert Willems und Professor Dr.-Ing. Norbert Jardin Allgemeines Weil Kläranlagen bei Regen eine begrenzte hydraulische Kapazität aufweisen, muss Regenwasser aus Mischwasserkanälen unmittelbar in die Gewässer entlastet werden. Deren Belastung mit Schmutzstoffen ist aber in Grenzen zu halten. Zu Auswirkungen der stoßweisen Mischwassereinleitungen siehe: Sperling, F. et al., Ergebnis einer Anhörung von Fachleuten, KA 7/1989, 755; ATV-Arbeitsblatt

27 1. Grundsätze der Stadtentwässerung 13 A 128, 1992, Anhang 1; Weitergehende Anforderungen an Mischwasserentlastungen, KA 5/1993, 802 und KA 5/1997, 922, Auswirkungen der Mischwasserbehandlung auf den Betrieb von Kläranlagen, KA 8/1997, 1419; BWK-Merkblatt M3, Ableitung von immissionsorientierten Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen unter Berücksichtigung der örtlichen Verhältnisse, BWK, Düsseldorf 2001; BWK-Merkblatt M 7, Detaillierte Nachweisführung immissionsorientierter Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen gemäß BWK-Merkblatt 3, BWK, Düsseldorf, Nach dem ATV-Arbeitsblatt A 128, Richtlinien für die Bemessung und Gestaltung von Regenentlastungen in Mischwasserkanälen, St. Augustin 1992, ist es die Aufgabe der Regenwasserbehandlung, den Regenabfluss zur Kläranlage so zu begrenzen, dass dort die angestrebten Ablaufwerte eingehalten werden und gleichzeitig die stoßweisen Belastungen des Gewässers aus Regenentlastungen in vertretbaren Grenzen bleiben. Ziel der Regenwasserbehandlung ist die bestmögliche Reduzierung der Gesamtemissionen aus Regenentlastungen und Kläranlagen im Rahmen der wasserwirtschaftlichen Erfordernisse. Das kann mit verschiedenen Ansätzen von der Abflussvermeidung bis zum Stoffrückhalt erreicht werden. Für unterschiedliche Gewässersituationen wird in»technische Regeln für den Normalfall«und in»weitergehende Anforderungen«unterschieden. Während die grundsätzlich zu erfüllenden Normalanforderungen emissionsbezogen sind, werden weitergehende Anforderungen auf der Grundlage von Immissionsbetrachtungen gestellt. Es ist im Einzelfall zu entscheiden, welche Anforderungen zu erfüllen sind. Im Arbeitsblatt A 128 werden ausschließlich Normalanforderungen behandelt und im Anhang 1 zu weitergehenden Anforderungen wichtige Hinweise gegeben. Bezogen auf die Gesamtemissionen des Ruhr-Einzugsgebietes stammen etwa 30 % der CSB-Fracht, die in die Gewässer eingeleitet werden, aus der Niederschlagswasserbehandlung (Jardin, N., KA, 2005, 987). Im Gegensatz zum Kläranlagenablauf haben die aus der Regenentlastung in die Gewässer eingeleiteten organischen Substanzen noch stark sauerstoffzehrenden Charakter und zudem erfolgt die Einleitung zeitlich konzentriert in weniger als 10 % der Jahresstunden, woraus sich die große Bedeutung einer geordneten Niederschlagswasserbehandlung für den Gewässerhaushalt ableiten lässt. Die Entwicklung der Regenwasserbehandlung beschreibt Krauth, Kh. in Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft, Wien, März/ April Eine Standortbestimmung sowie den derzeitigen Ausbaustand geben Schmitt, T. G., GWA, Aachen 2002, Bd. 188, 22 und Brombach, H., KA 4/2003, 441 und KA 2006, 1114.

28 14 Erster Teil: Stadtentwässerung Entlastungsbauwerke sind der Regenüberlauf (RÜ), an dem bei stärkerem Regen ein Teil des Mischwassers ins Gewässer abgeschlagen wird, und das Regenüberlaufbecken (RÜB), ein zusätzlich angeordnetes Becken mit Rückhalte- und Klärfunktion. Der Sammelbegriff Regenbecken (Londong, D., Städtehygiene 1966, 199; DIN 4045) umfasst außer Regenüberlaufbecken auch Regenrückhaltebecken und Regenklärbecken (s. auch ATV-A 166, Bauwerke der zentralen Regenwasserbehandlung und -rückhaltung, GFA, Hennef, 1999). Regenüberlaufbecken (RÜB) haben als wesentliche Bestandteile den Überlauf in das Gewässer und den Ablauf zur Kläranlage. Der Überlauf kann an der Ablaufseite (Klärüberlauf KÜ) oder an der Zulaufseite (Beckenüberlauf BÜ) liegen. Die Überläufe springen erst an, wenn das Becken gefüllt ist. Für Vorentwürfe kann man im Regelfall einen Inhalt von m 3 /ha angeschlossener undurchlässiger Fläche annehmen bzw. ca. 4 E/m 3 Becken ansetzen. Stauraumkanäle (SK) mit oben oder unten liegender Entlastung sind Sonderformen der Regenüberlaufbecken. Regenrückhaltebecken (RRB) werden beim Misch- und Trennverfahren im Netz angeordnet, um die weiterführenden Kanäle zu entlasten. Sie sammeln das Wasser bei starken Regengüssen und geben es verzögert wieder ab. Sie haben lediglich einen Notüberlauf. Regenklärbecken (RKB) sind Absetzbecken für verschmutztes Regenwasser im Trennverfahren. Retentionsbodenfi lter (RBF) können in Kombination mit Rückhalteraum für die Behandlung des Niederschlagsabflusses sowie für die Nachbehandlung von entlastetem Mischwasser eingesetzt werden. Die gegen den Untergrund abgedichtete Sohle erhält eine Drainung, die als Grundablass zum Gewässer führt. Darüber liegt eine ca. 1 m starke, in der Regel mit Schilf bepflanzte Filterschicht (Brunner, P. G., Weitergehende Regenwasserbehandlung durch Bodenfilter, ATV-Schriftenreihe Nr. 04, GFA Hennef, 1996; LfU Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, Bodenfilter zur Regenwasserbehandlung in Misch- und Trennsystemen, Karlsruhe 2002; Retentionsbodenfilter, Handbuch für Planung Bau und Betrieb, Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz NRW, Düsseldorf 2003). Die Baukosten der Regenwasserbehandlung sind etwa genauso hoch wie die Kosten der Kläranlage. Statt zuviel in Becken zu investieren, besser Kläranlage vergrößern (Pecher, R., GWF 1986, 374; Willems, G., GWF 1988, 269). Die mittleren spezifischen Kosten von Regenbecken betragen nach Willems, G. et al., Schriftenreihe Siwawi 36, Bochum 1999, ca. 750 /m 3 (offenes RÜB), 1000 / m 3 (geschlossenes RÜB), 850 /m 3 (SK, einfache Bedingungen)

29 1. Grundsätze der Stadtentwässerung 15 und 1500 /m 3 (SK, erschwerte Bedingungen). Von den Kapitalund Betriebskosten der Kläranlage muss man 10 bis 20 % der Mitbehandlung des ihr zugeführten Regenwassers (bis etwa 2 Q t ) zurechnen (Londong, D., Wie hoch ist der Kostenanteil für das Regenwasser bei einer Kläranlage, KA 12/1997, 2228). Nach Auswertungen des Ruhrverbandes liegen die jährlichen Betriebskosten im Mittel bei etwa /m 3 (Bode, H. et al., GWA 188, 23, Aachen 2002). Berechnung der Regenentlastungen mit ATV-Arbeitsblatt A 128 bzw. landeseigenen Richtlinien. Zur Optimierung der Regenwasserbehandlung ist immer das gesamte Einzugsgebiet einschließlich Kläranlage und den aufnehmenden Gewässern zu betrachten. Optimierungsziele können dabei sowohl die Wirtschaftlichkeit als Summe der Investitions- und Betriebskosten wie auch die Immissionssituation in den aufnehmenden Gewässern sein. Zur Einschätzung der Belastbarkeit der Gewässer durch die Einleitung von Misch- bzw. Regenwasser gibt das BWK-Merkblatt M 3, Ableitung von immissionsorientierten Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen unter Berücksichtigung der örtlichen Verhältnisse, BWK, Düsseldorf 2001 sowie das ATV-DVWK-Merkblatt M 153, Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser, Hennef 2000, Hinweise. Studien zur integrierten Bewirtschaftung von Kanalnetz, Kläranlage und Gewässer haben gezeigt, dass eine über die bisher übliche hydraulische Belastung der Kläranlage in Höhe von etwa 2 Q t hinausgehende Übernahme von Mischwasser meist eine Verminderung der Gesamtemissionen aus Regenwasserbehandlung und Kläranlage bewirkt. Weitere Verbesserungen sind in Abhängigkeit der örtlichen Randbedingungen durch Abflusssteuerungen möglich. Weitere Hinweise zur integralen Bewirtschaftung geben Grüning, H., Ein Modell zur simultanen Bewirtschaftung von Kanalnetz und Kläranlage unter Berücksichtigung resultierender Gewässerbelastungen, Schriftenreihe Siwawi, Band 42, Universität Bochum, 2002; Seggelke, K., Integrierte Bewirtschaftung von Kanalnetz und Kläranlage zur Reduzierung der Gewässerbelastung, ISAH, Heft 124, Hannover 2002 und Erbe, V., Entwicklung eines integralen Modellansatzes zur immissionsorientierten Bewirtschaftung von Kanalnetz, Kläranlage und Gewässer, Schriftenreihe 13, Lehrstuhl Siedlungswasserwirtschaft, Bauhaus Universität Weimar, 2004 und Jardin, N., GWA Aachen, 2008, Bd. 211, 33. Absolute Nachweise von tatsächlichen Schmutzfrachten sind zz. kaum möglich. Im Normalfall einfache Verfahren mit Graphik anwenden, in komplexen Fällen Schmutzfrachtmethoden (Verfahren und Modelle). (Arbeitsberichte der ATV-AG 1.9.3, KA 8/1985,

30 16 Erster Teil: Stadtentwässerung 710, KA 3/1986, 241, KA 1/1988, 74; Göttle et al., Wasserwirtschaft 1983, 298; Euler, G. et al., KA 9/1983, 647; Geiger, W., Berichte TU München, Nr. 50, 1984; Willems, G., KA 9/1987, 939; Meißner, E., KA 11/1988, 1147; Sieker, F., KA 11/1988, 1195; Hörler, A., KA 11/1988, 1110; ATV-DVWK-Merkblatt M 177, Bemessung und Gestaltung von Regenwasserentlastungsanlagen in Mischwasserkanälen, Hennef 2001; Weiss, G. und Brombach, H., Hydraulik der Entlastungsorgane von Regenbecken, Wasserwirtschaft, 91, 2001, 246). Bei bereits vorhandenen Anlagen ermöglicht die Kalibrierung eines Schmutzfrachtmodells eine weitere Optimierung des Systems. Hierzu sind vor allem Niederschlag, Abfluss und der Füllstand in den Regenbecken im Rahmen einer Messkampagne zu erfassen. Die Messkampagne sollte eine Mindestdauer von 6 Monaten haben. Bei der Auswahl der Messstellen für die Erfassung der Durchflüsse in der Kanalisation ist darauf zu achten, dass kein Rückstau vorliegt und nach Möglichkeit größere Teileinzugsgebiete Vorentlastung gemessen werden können. Wichtig ist die repräsentative Messung des Niederschlages im gesamten Einzugsgebiet. Je 3 bis 5 km 2 ist ein Niederschlagsschreiber erforderlich. Im Einzelfall kann es sinnvoll sein, neben dem Füllstand in den Regenbecken auch den Entlastungsabfluss zu erfassen. Die Kalibrierung kann entweder mit einem hydrologischen Schmutzfrachtmodell oder mit einem hydrodynamischen Kanalnetzberechnungsprogramm erfolgen. Zur Kalibrierung eignen sich vor allem Niederschlagsereignisse, die zu einer gleichmäßigen Überregnung im Einzugsgebiet geführt haben (Abweichungen vom Mittelwert aller Niederschlagsschreiber < 15 %). Ziel der Kalibrierung ist eine möglichst hohe Übereinstimmung zwischen gemessenem und gerechnetem Abflussvolumen in der Kanalisation für ausgewählte Niederschlagsereignisse. Als entscheidender Modellparameter wird hierbei die Abflusswirksamkeit der an die Kanalisation angeschlossenen Flächen so lange variiert, bis eine hinreichende Übereinstimmung zwischen gemessenem und gerechnetem Abflussvolumen erreicht wird und die Abflussspitzen in der Kanalisation wiedergegeben werden. Eine Arbeitshilfe zur Durchführung von Messkampagnen und zur Kalibrierung geben Uhl, M. et al., KA 2008, In Einzugsgebieten mit einem hohen Fremdwasseranfall ist neben der Kalibrierung der Abflusswirksamkeit auch der niederschlagsabhängige Fremdwasseranteil zu berücksichtigen, der beispielsweise durch infolge von Regen ansteigendem Grundwasser und nachfolgender Infiltration durch Undichtigkeiten der Drainagen verursacht wird, und der teilweise erhebliche Abflussanteile in den fremdwas-