Abstimmung zwischen Kanalisation und Kläranlage zur Gewässerentlastung Abwasser-Forum 2005

1. Abstimmung zwischen Kanalisation und Kläranlage zur Gewässerentlastung Abwasser-Forum 2005 02.11.2005 Otzenhausen

2. Gliederung • Einführung in die integrierte Betrachtung von Netz und Kläranlage • Projekt EPIKUR • Vorgehensweise • Ergebnisse • Interpretation der Ergebnisse • Fazit

3. Einführung in die Thematik

4. Einführung • Kanalnetze und Kläranlagen wurden bislang in der Regel statisch und weitgehend unabhängig voneinander bemessen und betrieben: • Kanalnetz (z.B. DWA Arbeitsblätter A118, A128) • Kläranlagen (z.B. A131, M210) • Bindeglied: Drosselabfluss Qm=2Qsx+Qf (bzw. fS,QM*QS,aM + QF,aM) Statische Betrachtungsweise kann dazu führen, dass • Mischwasser entlastet wird, obwohl auf Kläranlage noch freie verfügbare Kapazitäten vorhanden sind • Kläranlage bei Mischwasserzufluss an Grenzen stößt, obwohl im Netz noch Speichervolumina verfügbar sind

5. Forderung (Gewässerschutz und aus Kostenaspekte): Integrierte Planung und integrierter Betrieb von Abwassersystemen (A198, BWK M3) Was versteht man unter „integrierten Betrachtung“? Aufeinander abgestimmte Planung und Betrieb von Kläranlage und Kanalisation in Abhängigkeit der aktuellen Leistungsfähigkeit / Reserven dieser beiden Teilsysteme, um ökonomische und/oder ökologische Verbesserungen zu erzielen

6. Gesamt-emission x·Qs,aM+QF,aM ? Mischwasser-behandlung Kläranlage 2*Qsx+Qf Kanal + = Überlauf Siedlung Gewässer

7. Probleme/Offene Fragen bei bisherigen Projekten • Entweder Simulationen oder großtechnische Umsetzung • Methodik der Untersuchungen sehr heterogen • Tatsächliche (hydraulische) Randbedingungen häufig nicht angemessen berücksichtigt • Praxisnäherer, nachvollziehbarer und systematischer Ansatz erforderlich!

8. Grundideen des Projektes EPIKUR

9. Projekt EPIKUR Projekt EPIKUR – Entwicklung und Erprobung eines integrierten Abwassermanagementsystems zur Emissions- und Kostenreduzierung Projekt im Auftrag des MUF Rheinland-Pfalz: 2002 – 2006 zwei Projektphasen: Simulation und großtechnische Umsetzung Ziel:Entwicklung eines Leitfadens für Planer, Betreiber und Behörden • wann macht integrierte Betrachtung Sinn • wie sollte hierbei vorgegangen werden (Methodik) • welche Werkzeuge sollten hierbei genutzt werden (Simulation erforderlich?) • Hinweise zu erforderlichen Messungen und Regelungen

10. Vorgehensweise • Auswahl von drei repräsentativen Einzugsgebieten und Kläranlagen • Auswertung Betriebsdaten; ergänzendes Messprogramm • Abbildung von Netz (KOSMO) und KA (SIMBA) als Modell • Kopplung der Modelle über Schnittstelle (WINKOSMO) • Simulation mit unterschiedlichen Drosselabflüssen • Aufzeigen des Emissions- und Kostenminderungspotenzials • Umsetzung in Großtechnik • Ermittlung Potenzial in Rheinland-Pfalz • Verifikation (Abgleich Simulation – Großtechnik)

11. Referenzgebiete und - anlagen Im Hinblick auf Projektphase 2 (großtechnische Umsetzung) am besten geeignete Anlagen ausgewählt (Checkliste): • Edenkoben: 15.000 / 55.000 EW (Weinbau) • Wallhalben: 14.000 EW (ländlich); tTS=25dSpeichervolumen ca. 26m³/ha • Zweibrücken: urban geprägtes Einzugsgebiet, 16m³/ha; lt. GEP Neubau von 3.200 m³erforderlich; KA: 70.000 EW; ‚gemischte‘ Denitrifikation; tTS=12d

12. 9 8 7 fSQ,M 6 5 4 3 0 5000 E 20.000 E 100.000 E >100.000 E EK Referenzanlagen IST-Zustand: WH ZW QM=fS,QM*QS,aM + QF,aM QS,aM , QF,aM : Abflüsse im Jahresmittel

13. Leitparameter zur Beurteilung

14. Langzeitsimulation mit ‚Darmstädter Regenreihe‘ (repräsentatives Niederschlagsjahr)

15. Beispielhafte Ergebnisse: Zweibrücken - Kanalnetz Langzeitsimulation % fS,QM Entlastungsvolumen Entlastete CSB-Fracht

16. Langzeitsimulation % Entlastete NH4-Fracht Entlastete AFS-Fracht

17. Abschätzung der Emissionenaus Kanalnetz und Kläranlage - Ermittlung eines ‚optimalen‘ Drosselabflusses -

18. 275.000 105 [%] 225.000 100 175.000 95 jährliche Frachten CSB [kg] 125.000 90 75.000 85 25.000 80 Q +Q 6 7 8 9 10 S,aM F,aM Entlastungsfracht KN Ablauffracht KA Ablauffracht KA w. MW Gesamtfracht Gesamtfracht w. MW proz. Gesamtfracht Ergebnisse Zweibrücken – Ermittlung Qm,opt

19. Integrierte Simulation mit ausgewählten Regenereignissen für Qm,opt

20. Zweibrücken – integrierte Simulation R1...Landregen (hellblau): April R2...Gewitterregen (dunkelblau): Juli R3...starker Gewitterregen mit Vorregen (türkis): September

21. integrierte Simulation für ausgewählte Regenereignisse

22. Fazit und Schlussfolgerungen

23. Fazit Auswirkungen eines integrierten Betriebs aus Sicht Netz • Erhöhte Drosselabflüsse wirken sich hinsichtlich aller betrachteter Entlastungsparameter positiv aus (Verminderung der Emissionen, Entlastungsdauer, -häufigkeiten,...) • Abstimmung der Drosselabflüsse zwischen einzelnen Becken beinhaltet weiteres Potenzial • In Abhängigkeit von Belastungssituation auf der Kläranlage: Möglichkeit der Einsparung von Investitionsvolumen bei der Mischwasserbehandlung (Verringerung Speichervolumen)

24. Fazit Auswirkungen eines integrierten Betriebs aus Sicht KA • Einhaltung der Überwachungsanforderungen kann unter bestimmten Umständen gefährdet sein • Aerob stabilisierende Anlagen in der Regel unproblematisch • Auswirkungen auf Nachklärung (AFS, CSB, P) abhängig vor allem von Absetzeigenschaften (ISVIST/ISVBem.) • Häufig sind nicht vorhandene Beckenvolumina, sondern hydraulische Verhältnisse (verbindende Leistungen, Gerinne etc.) limitierend • Überwachung/Regelung über Messgeräte

25. Fazit Gesamtbetrachtung • Frachtbezogenes Emissionsminderungspotenzial stark abhängig von Randbedingungen (insbesondere auch Regen) • reine Betrachtung der Frachten jedoch nicht ausreichend, u.a.: - ‚Art‘ des emittierten CSB aus Netz und KA unterschiedlich - Einzelereignis- und Gewässer bezogene Betrachtung erforderlich

26. Fazit Erhebliches Potenzial integrierter Ansätze; formalisierte Vorgehensweise (‚Leitfaden‘) sowie weitere praktische Erfahrungen erforderlich  Demonstrationsvorhaben des Landes (MUF 2005 – 2006)