Fortbildungsveranstaltung der DWA / BWK am 24.11.1010 1010 Geruchs- und dkorrosionsprobleme in Entwässerungssystemen Von: Dipl. Ing. Wolfgang Bühler, Neustadt a.d. Weinstraße
Vorstellung: Wolfgang Bühler: Inhaber der i f a consult gmbh Landauer Straße 109 67434 Neustadt a. d. Weinstraße Tel.: 0 63 21 / 91 81 0 E-Mail: w.buehler@ifa-consult.de
Verteilung der Häufigkeit von Geruchsproblemen in NRW Größenklasse der Stadt Gemeinde Geruchsprobleme vereinzelte Geruchsprobleme (n=344) vorhanden Geruchsprobleme kein Thema Anzahl in % GK Anzahl in % GK Anzahl in % GK > 400 000 3 60% 2 40% 0 0% < 400 000 4 36% 5 45% 2 18% < 200 000 7 50% 5 36% 1 7% < 100 000 5 13% 25 66% 8 21% < 50 000 7 5% 83 65% 38 30% < 20 000 8 6% 76 61% 40 32% < 10 000 2 9% 6 26% 15 65% Gesamt 36 10% 202 59% 104 30%
2. Schwefelumwandlung in Druckrohrleitungen Umwandlung von Sulfaten bei anaeroben Verhältnisse im Abwasser zu H 2 S. 2 Infolge von Sielhautbildung wird der Umsetzungsprozess beschleunigt.
Sielhaut bei Druckleitungen
Geruchsbelästigung bei Druckleitungen Da die Schwefelverbindungen zu den geruchsintensiven Stoffen gehört, wird H 2 S als deren Leitparameter verwendet: Geruch nach faulen Eiern
Theoretische Grundlagen: Die H 2 S-Produktion in Druckrohrleitungen hängt u. a. von folgenden Faktoren ab: Ph-Wert Temperatur Abwassermenge Aufenthaltszeit
Grenzwerte H 2 S-Konzentration: ppm H 2S Wirkung 0,002-0,15 Geruchsschwelle 3-5 Deutliche Geruchsbelästigung 10 MAK - Wert 10-20 Sehstörung 50-100 Ernsthafte Augenschäden 150-250 Verlust des Geruchssinnes 300-500 Ernsthafte Schädigung der Atemwege 500-1.000 Tödliche Gefahr > 1.000 Tod
Probleme bei Druckleitungen: Geruchsprobleme Korrosionsprobleme (bei Beton: 10 mm/a Korrosions- rate bei 3 ppm H2S)
Übersicht Regelwerke: DWA Arbeitsblatt A 116 2 (DIN EN Druckentwässerung außerhalb von 1671) Gebäuden, Ausgabe September 2007 DWA Arbeitsblatt A 116 3 (DIN EN 1671): DWA Arbeitsblatt ATV - A 134: DIN EN 752 3: Druckluftgespülte Abwassertransportleitungen; In Bearbeitung; Gelbdruck geplant Ende 2010 / Angang g 2011 Planung und Bau von Abwasserpumpanlagen; Ausgabe Juni 2006 Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden
Übersicht Regelwerke: Grundsätze für die Abwasserentsorgung DWA Arbeitsblatt in ländlich strukturierten Gebieten; A 200: Ausgabe Juni 2010 DWA M 115: ATV - DVWK M 154: ATV - M 168: Indirekteinleitung nicht häuslichem Abwasser; Ausgabe Juli 2007 Geruchsemissionen aus Entwässerungssystemen e - Vermeidung e und Vermin- derung - Ausgabe Oktober 2003 Korrosion von Abwasseranlagen Ausgabe Juli 1998
Wichtigste Änderungen A 116-2: Dimensionierung der Druckleitung: Rohrmindestdurch- h messer: Mindestfliessgeschwindigkeit: Durchflusszeit / Geruchsproblematik: A 116-2 (alt) qs = 1,5 * 0,005 l/(s*e) 80 mm V = 0,8 m/s - DWA - A 116-2 (neu) q s = 0,005 l/(s*e) ab 32 mm: Schneidradpumpen d ab 65 mm: Freistromradpumpen bis DN 100: V = 07 0,7 m/s bis DN 150: V = 0,8 m/s bis DN 200: V = 0,9 m/s Durchflusszeit > 8 h Druckluftspülstation erforderlich
Sauerstoffzehrung: Verweilzeit des Abwassers in der Druckleitung bis der Sauerstoff aufgezehrt ist Minuten n 120 100 80 60 40 20 0 10 Grad 15 Grad 20 Grad Abwassertemperatur t Maximale Verweilzeit it des Abwassers in der Druckleitung Ergebnis: Nach max. 2 h ist der gelöste Sauerstoff aufgezehrt Bildung von H 2 S
DIN EN 752-3: Angefaultes Abwasser kann zur Bildung von giftigen oder explosionsfähigen Gemischen führen und bewirkt Geruchsbelästigungen, chemische Korrosion, Schwierigkeit bei der Abwasserbehandlung, Sicherheitsrisiken und Lebensgefahr Anfaulung von Abwasser durch lange Verweilzeiten unter anaeroben Bedingungen sollte [ ] durch Verkürzung der Aufenthaltszeit in Druckleitungen, Kanälen, Speicherbecken und Dükern durch die Sicherstellung von selbstreinigend Fliessgeschwindigkeit [ ] vermieden werden
DIN EN 1671 (ATV A 116-2): Grundlegende Anforderungen an Druckentwässerungs- systeme sind : Es darf keine Gefahr für die Gesundheit der Bevölkerung ausgehen Es darf keine Gefahr für das Betriebspersonal bestehen Die geforderte Lebensdauer und die bauliche Unversehrtheit ist sicherzustellen
DWA M 115-2 Stoffe die geeignet sind, die Funktionsfähigkeit der öffentlichen Abwasseranlage, bzw. die Reinigungs- leistung zu beeinträchtigen, giftige, übel riechende oder explosive Dämpfe und Gase bilden, sowie Baustoffe und Werkstoffe angreifen dürfen grundsätzlich nicht in die öffentliche Abwasseranlage eingeleitet werden. Hierzu gehört insbesondere [ ] der Schwefelwasserstoff
DWA M 154 Zielsetzung für die Planung, den Bau und Betrieb von Kanalnetzen und ihrer Sonderbauwerke sollte, um Geruchsprobleme auszuschließen oder zumindest zu minimieren, vorrangig die Vermeidung von anaeroben Verhältnisse sein
Maßnahmen zur Symptombekämpfung Maßnahmen Kalkmilch, Natronlauge, Natriumaluminat Eisensalzlösung Eisenhydroxidschlamm Nitratlösung Luft-, Reinsauerstoff Wasserstoffperoxid Grund-, Trink-, Brauchwasser Neutralisation, Kompensation, Maskierung Luftwäsche oxidierend absorbierend Biowäscher Tropfkörperwäscher Biofilter mit/ohne Zwangsbelüftung Aktivkohle dotiert, undotiert Katalysator, Ozonisierung, UV-Reaktoren Neutralisation, Kompensation, Maskierung Verdünnung mit Luft Druckleitungssystem Freispiegelleitunleitunschacht Druck- Übergabe- Pumpwerk Abwasserbehandlung Abluftbehandlung
Häufige Maßnahmen zur Symptombekämpfung (M 154): Eisensalzlösungen Nitratlösungtlö Reinsauerstoff (Kalkmilch)
Maßnahmen zur Vermeidung Maßnahmen Sauerstoffeintrag: Turbulenzen Abstürze Vermeidung von Turbulenzen Kurze Aufenthaltszeiten: Pumpenintervall Reinwasserzugabe Be- und Entlüftung des Gasraumes: Kapselung: Hausanschlüsse Zwangsbe- und -entlüftung Schürzen, Klappen Leerblasen der Leitung Reinigung Freispiegelleitungen Druckleitungssystem Pumpwerk Druckleitung Übergabeschacht Bemerkung nur bei aerobem Abwasser nur bei anaerobem Abwasser evtl. Abluftbehandlung erf. evtl. Zwangsbelüftung
Druckluftspülstation: Druckluftspülstation Schaltschrank Druckkessel mit Verdichter Schaltanlage Druckleitungsendschacht Druckregler Druckluftleitung Rückflussverhinderer Absperrorgan Druckleitung Freispiegelkanal Zulauf Alarm Ein Aus Absperrorgan Rückflussverhinderer Tauchmotorpumpe
Druckluftspülstation: Fertigteilbauwerk mit Windkessel, Kompressor und Steuerung
Geschwindigkeitsprofile in der Druckleitung v r D Geschwindigkeitsprofile bei Abwasserförderung turbulente Strömung bei Abwasser ohne Feststoffe Strömungsprofil filbei isuspensionsströmung v > v krit Strömungsprofil bei Förderung mit Ablagerungen v < v krit
Geschwindigkeitsprofile in der Druckleitung A Schwallkopf h 2 Druckluft Schwallwelle h 1 Sunkwelle
Spülschwall mit Druckluft:
Wirkung von Druckluft: Verkürzung der Aufenthaltszeit des Abwassers Lösung von Ablagerungen Eintragung von Sauerstoff Verminderung der Bildung von Schwefel- wasserstoff (H2S) Lösung von Sielhaut
Kostenvergleich: Verbrauch l Mittel / m³ Abwasser. Behandlungskosten /m³ Abwasser Bellair green (FeCl2) 0,171 0,123 0,083-0,059 Bellair green plus (FeCl3) 0,165 0,057 Nutriox: 0,142 0,267 0,049 0,091 Druckluftspülung: 0,018 Übersicht der Behandlungskosten, TU Wien 2006
Beispiel: Beschwerden der Anwohner über Geruchsbelästigungen aus der Kanalisation. Durch Zugabe von Nitratlösung (Nutriox) als Provisorium werden z.zt. die Geruchsprobleme beseitigt.
Übersicht: Auslauf Schacht 41138 2 x parallele Druckleitungen DN 200, L = ca. 2 600 m PW.
Anlass der Studie Hohe laufende Betriebskosten für das Dosiermittel. Symptombekämpfung, nicht Beseitigung der Ursachen. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Vergleich von Zugabe von Dosiermittel und Nachrüstung einer Druckluftspülstation
H2S Messungen:
Variante 1 Druckluftspülstation Windkessel: V = 3m³ Kompressor, Luft- liefermenge = 1 800 m³/min
Ermittlung der Betriebskosten: Jährliche Betriebskosten für Druckluftspülanlage Kosten netto /a Wartung Kompressor: 660 /a Windkessel TÜV alle 250 /a 5 Jahre Stromkosten für PW + 4.024 /a Druckluftspülstation: Jährliche Betriebskosten für Nutriox-Dosierung Kosten netto /a Dosierkosten: 18.947 Stromkosten für PW 616 Wartung der Anlage: Wartung der Anlage: 4.160 /a 4.160 2 h /Woche a 40 /h 2 h /Woche a 40 /h Summe Betriebskosten Summe Betriebskosten 9.094 /a 23.723 netto / a: netto / a:
Kostenbarwertberechnung Variante Druckluftspülstation : Investkosten IK ( ) Abschreibung n (%) Zinssatz i (%) Gebäude 41.000 2 4 Windkessel, Steuerung, etc. 43.000 4 4 Kompressoren, Ventilatoren 33.000 6,67 4 Reinvest Kompressor nach 15 Jahren 43.543 6,67 4
Kostenbarwertberechnung Variante Nitratlösung : Investkosten Abschreibung IK ( ) n (%) Zinssatz i (%) Baukosten 25.000 2 4 Lagertank, Steuerung 28.000 4 4 Dosierzubehör, Pumpe 7.000 6,67 4 Reinvest Dosierzubehör nach 15 Jahren 9.421 6,67 4
Kostenvergleich der Varianten: Investitionskosten netto Betriebskosten netto Nutriox: 60.000 23 723 /a Eisensalze FeCl2: 60.000000 15 452 /a Druckluftspülung: 117.000 9 094 /a
Kostenvergleich der Varianten: 1.000.000 900.000 800.000 Nutrioxdosierung FeCl2 700.000 Druckluftspülung 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1.000.000 859.210 Nutrioxdosierung 800.000 FeCl2 594.302 Druckluftspülung 600.000 493.108 400.000 200.000 0 1
Korrosions- und Geruchsprobleme in Abwasserdruckleitungen Forschungsprojekt in Österreich
Druckleitung von einer Autobahnrastanlage 1. Nachrüstung einer ca. 1 300 m langen Abwasserdruckleitung PEHD 90 * 5,4 mm von einer Autobahnrastanlage mit einer Druckluftspülstation. 2. Gängige gg Tauchmotorpumpen p in einem Fertigteilschacht. 3. Am Auslauf der Druckleitung wurden H 2 S- Konzentrationen von 20 50 mg /l gemessen.
Förderleistung der Pumpen 3,50 I b t i b h d Ab h lt d Inbetriebnahme der Druckluftspülung am 10.2.2005 Abschalten der Druckluftspülung am 15.3.2005 3,00 2,50 2,00 Förderleistung (l/s) 150 1,50 1,00 0,50 0,00 14.03.2005 09.03.2005 04.03.2005 27.02.2005 22.02.2005 17.02.2005 12.02.2005 07.02.2005 18.04.2005 13.04.2005 08.04.2005 03.04.2005 29.03.2005 24.03.2005 19.03.2005 Zeitachse (Tage)
Förderleistung am 7.2.05 ohne Druckluftspülung 2,50 2,00 1,50 1,00 14:00 14:30 15:00 13:30 13:00 Wassermenge (l/s) 0,50 0,00 12:00 11:30 11:00 10:30 10:00 12:30 Zeit
Förderleistung am 13.2.05 mit Druckluftspülung 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 14:30 15:00 14:00 13:30 Wassermenge (l/s) 1,00 0,50 Pumpe 1 Pumpe 2 0,00 11:00 10:30 10:00 12:00 11:30 13:00 12:30 Zeit
Auswertung der Abwasser- messungen 45 40 35 H2S-Gehalt (ppm) O2-Gehalt (mg/l) 30 Abwassertemperatur (Grad) 25 20 15 10 5 0 20.04.2005 27.04.2005 13.04.2005 19.01.2005 26.01.2005 02.02.2005 09.02.2005 16.02.2005 23.02.2005 02.03.2005 09.03.2005 16.03.2005 23.03.2005 30.03.2005 06.04.2005
Strombedarf : Ohne Druckluftspülung, also nur die Pumpen: 037 0,37 046KWh/m³ 0,46 Mit Druckluftspülung, also Pumpe + Kompressor: 042 0,42 054KWh/ 0,54 KWh/m³
Resumee Zitat t aus dem vorläufigen Abschlussbericht: b ht... durch den Betrieb der Druckluftspülstation konnte der Sulfidgehalt um ca. 80 90 % auf 4 6 mg/l gesenkt werden.
Zusammenfassung: Ziel bei der Planung und Sanierung von Druckleitungen sollte es sein, dass das Abwasser am Ende der Druckrohrleitung in einem aeroben Zustand ankommt. Vermeiden von Geruch und Korrosion im Rahmen der Vermeiden von Geruch und Korrosion im Rahmen der Planung ist besser und billiger, als nachträgliche Symptombekämpfung mittels Geruchsfilter, Dosiermittel, etc..
Ende: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!