Aspekte des Gewässerschutzes beim urbanen Regenwassermanagement Universität für Bodenkultur Wien Department für Wasser- Atmosphäre-Umwelt Institut für Siedlungswasserbau Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz Roza Allabashi Thomas Ertl & Maria Fürhacker Linz, 15.06.2016 18.01.10 1
Inhalt Einleitung Regenwassermanagement im urbanen Bereich Straßenabwässern und deren Verschmutzung Prüfung von Filtermaterialien ÖNORM B2506-3 Prüfkriterien Praxisrelevanz Schlussfolgerungen Ausblick 2/ X
Problematik des urbanen Regenwassermanagement 3/ X
Urbanes Regen-Wasser-Management Fokus auf Entwässerungssysteme Von Errichtung zur Erhaltung Funktionserhalt der Infrastruktur Überflutungs- und Mischwassernachweis Starkregen, Modellierung Herausforderungen für urbane Regen- Wassermanager Oberflächenabfluß Inhaltstoffe Behandlung Vegetation und Infrastruktur Zurück an die Oberfläche Thomas Ertl, BOKU, 2014 4/ X
Mischsystem: Dichtheit hängt von Rückstausicherung ab (DWA) 21.04.2009 5/ X
Thomas Ertl, BOKU, 2014 6/ X
Mischwasserüberlauf Friedensbrücke Entlastungsereignis am 2.6.2010 in den Donaukanal (?? mm NS/24h) Google maps Foto: Ertl, Juni 2010
Schematische Darstellung der relevanten Eintragspfade in Grundund Oberflächengewässer (Proj. SCHTURM) M. CLARA et al. (2013)
Stoffflussanalyse einer österr. ARA (Proj. SCHTURM) NS ARA SW Darstellung der jährlichen Oberflächen- und Schmutzwasserabflüsse und deren Pfade (BOKU, 2013)
Stoffflussanalyse einer österr. ARA (Proj. SCHTURM) Abgeschätzte relative emittierte Jahresfrachten verschiedener Eintragspfade [%] für Schwermetalle und Perfluoroktan- bzw. -sulfonsäure relativ zur Gesamtemission (M. CLARA et al. 2013)
Regenwasser-Management im urbanen Raum Grüne Infrastruktur Versickerung Retention und Verdunstung Transpiration Speicherung & Wiederverwendung Dachbegrünungen Oberflächenabfluss Evaporation Zisternen Kanalsystem Aktive Bodenfilter -passage Grundwasser (Scharf und Pitha, BOKU-IBLB, 2015) Kühlungssysteme WC- Spülung Bewässerung 11 / X
Grüne Infrastruktur - Beispiele Quelle: C.Copeland, Green Infrastructure and Issues in Managing Urban Stormwater, CRS Report, USA 2014 12 / X
Grüner Infrastruktur - Stockholmer Lösung City of Stockholm: Planting beds in the city of Stockholm Handbook (2009) 13 / X
Grüner Infrastruktur structural soil Britt-Marie Alvem, Björn Embrén Tree Officer, Street Department, Stockholm, 14 Sweden Presentation Sept. 2014, IKT Symp. Vegetation and Infrastructure
Regenwasser für Bäume City of Stockholm: Planting beds in the city of Stockholm Handbook (2009) 15 / X
Niederschlag DRAINGARDEN SAVE ECOSTORMA SARIT Mikroschadstoffe Grüne Dächer Grüne Fassaden GrünStadtKlima Versickerung SCHTURM KANFUNK Mischkanalisation Speicher Systemwechsel Trennkanalisation ÖNORM HOUSUI INFOSAN DATMOD Grundwasser 16 / X
Studie Strassenentwässerung und Regenwassermanagement der Stadt Wien (2014) 17 17 / X
Projekt SAVE Straßen-Abwasser Lösungen für Vegetation und Entwässerungssystem Wurzelraum von Bäumen als Behandlungsanlagen von Straßenabwässern? Prüfung in Anlehnung an die ÖNORM B 2506-3 18
Projekt DrainGarden ENERGY GLOBE Austria 2016 Kategorie Wasser Ökostraße (Drain Garden - Intelligentes und ökologisches Regenwassermanagement) Einreicher: Marktgemeinde Ober-Grafendorf 19 / X
Projekt DrainGarden Testen und Optimieren von Substraten 20 / X
Projekt DrainGarden Testen und Optimieren von Substraten Wasserspeicherkapazität Porenvolumen Hydraulische Stabilität Vegetation Pufferkapazität Reinigungskapazität Grundwasserschutz 21 / X
Mögliche Inhaltsstoffe in Oberflächenabflüssen Sonstige Spurenstoffe: Phthalate Bisphenol-A Tenside Kraftstoffadditive: MTBE, ETBE Komplexbildner Biozide/Fungizide gelöst Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Al, Fe Ba, Ti, V, As, Hg, Mo, Sr, Pt, Pd, Rd TOC, CSB, BSB MKW frei CMR (kanzerogene, mutagene und reproduktionstoxische Stoffe), neurotoxische, immuntoxische, endokrin aktive Stoffe gelöst Schwermetalle RegenAbfl üssen Partikel Pestizide gelöst gelöst PAK an Feinpartikel adsorbiert P & N gelöst M. Fürhacker, 2015 Ziel: Schutz des Grundwassers 22 / X
Reinigung der Oberfläche / From Sanitary Engineering to Strassenabwässer Fotos / Projektergebnisse Highway Runoff Treatment (Lins, BOKU-SIG, 2013) 23 / X
Wie kann man die Reinigung der Straßenabwässer sicherstellen Anlagenprüfung VT: realitätsnahe Vermeidung von Randeffekten NT: dauert lange, erfordert viel Material, Unsicherheit der Probenahme Materialprüfung VT: weniger Material, schneller, reproduzierbarer, vergleichbare kontrollierte Bedingungen, Kosten NT: durch die rasche Abfolge nicht ganz natürliche Bedingungen Ausreichender Stoffrückhalt Ausreichende hydraulische Leistungsfähigkeit 24 / X
Probleme bei der Anlagenprüfung Repräsentative Probenahme des Zu- und Ablaufs Probenahme (z.b. First-flush) Probenbehandlung gelöster/gesamter Anteil Analytik EMC event medium concentration Göbel et al. (2007) 25 / X
Grundlegende Idee der ÖNORM-Prüfung Prüfung der Leistungsfähigkeit verschiedener Filtersubstrate anhand des Partikelrückhalts, der Schwermetalladsorption und des Mineralölrückhalts für mindestens 4 Jahre Festlegung von Anforderungen Flächenverhältnisse: (Filterfläche zu abflusswirksamer Fläche) von 1:15 standardmäßig durchgeführt; zusätzlich in Stufen bis 1:250 durchführbar & praxisnah 26 / X
Prüfmethode für Filtermaterialien ÖNORM B 2506 Teil 3 (1.1.2016) 27 / X
Herkunftsklassen & Flächenverhältnisse Prüfungen für ein konkretes Flächenverhältnis (z.b. 1:100) schließen auch Prüfungen für kleiner Flächenverhältnisse (z.b. 1:20, 1:50) ohne weitere Prüfungen mit ein 28 / X
Teilprüfungen 29 / X
Prüfsubstanzen Partikel bestimme Partikelgrößenverteilung Schwermetall- und PAK-Konzentration ist an den kleinen Partikelgrößen besonders hoch!! Schwermetalle: Pb, Cu, Zn Es wird der gelöster Anteil bestimmt Kohlenwasserstoffe (Mineralöl) wird direkt auf der Säulenoberfläche verteilt 30 / X
Berechnung der Jahresfrachten Ausgewählte Konzentrationen der Niederschlagswässer für die Berechnung der Jahresfrachten Parameter AFS mg/l Pb µg/l Cu µg/l Zn µg/l Abwasser von befestigten 90 50 100 400 5,0 Flächen Zinkdachabfluss 90 100 3500 Mineralöl mg/l Kupferdachabfluss 90 1500 250 Jahresniederschlag: Annahme 720 mm/a 31 / X
Prüfmethode und Aufbau BOKU Labor ÖNORM B2506-3 32mm - Säule 100mm - Säule 32 / X
Anforderungen an Filtermaterialien nach ÖNORM B 2506 Teil 3 Eigenschaft Infiltrationsrate Anforderung > 1 * 10-5 m/s Partikelretention I Rückhalt > 80 % Schwermetallrückhalt > 80 % Cu-Entfernung, > 50 % Zn-Entfernung, Pb < 9 µg/l Mineralölrückhalt Entfernungsrate > 95 % Partikelretention II Änderung der Infiltrationsrate Remobilisierungsprüfung für Partikel Schwermetallremobilisierung durch NaCl Säureneutralisationskapazität Rückhalt > 80 % > 50 % bzw. 30 % des Ausgangswertes, je nach Flächenverhältnis < 20 % bzw. < 1,6 g AFS Konzentration von Cu < 50 μg/l Konzentration von Zn < 500 μg/l ph-wert > 6,0, während des Durchlaufs des Wasservolumens von 42 l oder während einer Prüfdauer von 30 min 33 / X
ÖNORM B 2506-3: Prüfung der Infiltrationsrate Filtermaterial im gesättigten Zustand Mindestens 5 Messungen => Mittelwertbildung Prüfung erfolgt in zwei Schritten (nach Austropfen)=> Änderung beurteilt Beurteilung durch k i (m/s) und Trübung (NTU) 34 / X
ÖNORM B 2506-3: Prüfung der Partikelretention Prüfsubstanz: Quarzmehl MILLISIL W4 Partikeldurchmesser von 50 % des Quarzmehls < 63μm Prüfung erfolgt in zwei Schritten Menge entsprechend einer Jahresfracht von 4 Jahren Beurteilung durch den Parameter Abfiltrierbare Stoffe (AFS in mg/l) Quarzmehl Millisil W4 auf der oberen Drainageschicht der Prüfsäule Proben zur Bestimmung der AFS 35 / X
ÖNORM B 2506-3 Prüfung des Schwermetallrückhalts Prüfung erfolgt in zwei Schritten: 1. Schritt - generelle Eignung: soll den Rückhalt der üblichen Konzentrationen im Falle der maximalen hydraulischen Belastung sicherstellen 2. Schritt - Kapazitätsprüfung: soll den Rückhalt von einer Vierjahresfracht des gelösten Anteils durch das Filtermaterial sicherstellen Prüfung mit synthetischen Lösungen, (nach ph-wert Einstellung) Messung von Schwermetallen Cu, Zn (Pb) nach Filtration (0,45µm) ICP-MS 36 / X
ÖNORM B 2506-3: Remobilisierung von Schwermetallen Prüfung des Filtermaterials 24 h nach Schwermetallrückhalt & Austropfung Prüfwasser: 5 g/l Salzlösung, Volumen abhängig von Flächenverhältnis Beprobung des Zu- und Ablaufs Beurteilung durch Schwermetallkonzentration im Ablauf (Cu, Zn) 37 / X Quelle: Umweltzeichen-Vergabegrundlage RAL-UZ 13 Salzfreie, abstumpfende Streumittel (2004)
ÖNORM B 2506-3: Prüfung des Mineralölrückhalts Prüfsubstanz: Heizöl EL (extra leicht) gemäß DIN 51603-1 Prüfung mit einer 1-Jahresfracht durchgeführt Beurteilung durch Messung des Parameters Kohlenwasserstoff- Index (KWI in mg/l) mittels Gaschromatographie (GC-FID) GC-FID 38 / X
Schlussfolgerungen ÖNORM-Prüfung Mit 1.1.2016 wurde die ÖNORM B 2506 Teil 3 für die Prüfung von Filtermaterialien für die Versickerung von Abläufen von Dachflächen und befestigten Flächen verabschiedet. Prüfung erlaubt gute Vorhersagen für die Einsatzfähigkeit der Substrate in der Praxis Kapazitätsprüfung gibt vermutlich zu kurze Standzeiten an: erheblicher Teil der Schwermetalle partikulär gebunden Reinigungsleistung erhöht sich mit der Standzeit Der Nachweis der Normkonformität erfolgt durch: eine Erstprüfung (alle Anforderungen der Norm) eine laufende Eigenüberwachung eine jährliche Fremdüberwachung (Teilprüfung) Der Hersteller muss über ein Qualitätsmanagementsystem verfügen. In dem ist die QS ein integrierter Bestandteil 39 / X
Verfahren für den Nachweis der Normkonformität Austrian Standards plus GmbH als Zertifizierungsstelle ÖNORM B 2506-3 geprüft Erstprüfung ist vom Hersteller zu veranlassen bevor diese erstmals in Verkehr gebracht werden Einreichung zur Erlangung eines Zertifikats, Probenahme & Erstinspektion der Produktionsstätte für die Erstprüfung und jährlichen Fremdüberwachung AS+ Beauftragung der BOKU zur Prüfung der Filtermaterialien (vertraglich geregelt), Durchführung der Prüfung, Berichterstattung an AS+ Vergabe des Prüfkennzeichens von AS+ 40 / X
Ausblick Eine Adaptierung der ÖNORM 2506 Teil 3 an die Ableitung ins Oberflächengewässer könnte wegen der geringen Immissionskonzentrationen notwendig sein Die Konzentrationen von Pb, Ni, Cr, PAK, KW und Chlorid können im Straßenabwasser in Hinblick auf die Versickerung problematisch sein Die Zukunft liegt in einer integrierten Systembetrachtung, z.b. eine verstärkte Nutzung von Grünflächen und Bäumen für Versickerung und Retention in den innerstädtischen Bereichen Adaptierte Entwässerungssysteme sollen die Auswirkungen des Klimawandels bekämpfen bzw. minimieren 41 / X
Danksagung Das Projekt ÖNORM wurde vom Lebensministerium gefördert Das Projekt SCHTURM wurde von Lebensministerium gefördert Das Projekt SAVE wird von Stadt Wien gefördert (2016-2019) Das Projekt DrainGarden wird vom ZIT & Firmen gefördert Das Projekt SARIT wurde von Firmen gefördert BOKU Team Thomas Ertl Maria Fürhacker Tadele Maesho Haile Roza Allabashi Wolfgang Stach das Laborteam mehrere Studenten 42 / X