Im Rahmen der Erneuerung der biologischen Reinigungsstufe der ZKA Lemgo wird das Erfordernis eines 3. Nachklärbeckens für die Mischwasserzuflüsse deutlich. Mit Hilfe von integrierten Betrachtungen und modelltechnischen Untersuchungen von Kanalnetz und Kläranlage können jedoch ganzheitliche Optimierungsansätze für das Gesamtsystem entwickelt werden, mit denen der Neubau verzichtbar wird.

Wesentliche Ansätze sind die generelle Verringerung der maximalen Mischwasserzuflüsse durch Maßnahmen, die das Speichervolumen im Kanalnetz bzw. im Zulauf zur ZKA optimal ausnutzen. Der maximale Zufluss, der kritische Schlammvolumenbeschickungen zur Folge haben kann, wird damit einerseits deutlich seltener erreicht, andererseits wird die CSB-Entlastungsfracht aus dem Kanalnetz ins Gewässer signifikant verringert.

Für die Fälle, in denen weiterhin eine Überschreitung der Belastung vorliegt (ca. 8-mal pro Jahr), wird der maximale Mischwasserzufluss zur ZKA mittels einer Steuerung reduziert. Dieser minimale Sollwert für den Mischwasserzufluss liegt weiterhin oberhalb des Maximalwerts gemäß Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 198. Die Jahresentlastungsfracht aus dem Kanalnetz wird mit den Maßnahmen gegenüber dem Ist-Zustand insgesamt verringert.

Die zuständige Genehmigungsbehörde, die Bezirksregierung Detmold, fordert im Vorfeld der abschließenden Genehmigung ergänzend zu den bisherigen theoretischen Betrachtungen einen 18-monatigen Testbetrieb. Ist dieser erfolgreich, können Investitionen in einer Größenordnung von vier Millionen Euro eingespart werden.

Die Veröffentlichung dazu finden Sie in der Ausgabe 1/2017 der Zeitschrift KA Korrespondenz Abwasser, Abfall.

Nutzen-Kosten-Untersuchungen bilden das zentrale Werkzeug bei Standortanalysen und dienen somit als wesentliche Entscheidungshilfe bei der Auswahl möglicher Standorte für Regenbecken.

Im Rahmen der geplanten Erweiterung des Speichervolumens für die Mischwasserbehandlung am Standort der Zentralkläranlage Chemnitz wurden im Wesentlichen zwei potenzielle Standorte für die Umsetzung von Regenüberlaufbecken (RÜB) untersucht.

Ziel der Standortanalyse war es, hinsichtlich der technischen Umsetzbarkeit und unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit einen Vorzugsstandort für ein RÜB herauszuarbeiten und plausibel zu begründen.

Im Zuge eines zweistufigen Bewertungsverfahrens wurde zunächst die fachlich beste Lösung im Rahmen einer Bewertungsmatrix ermittelt. Hierfür wurden die Ergebnisse fachspezifischer Gutachten (Landschaftsplanung, Baugrund, Bausubstanz) zusammengetragen und hinsichtlich einer gewichteten Beurteilung ökologischer, bautechnischer und betrieblicher Vor- und Nachteilen ausgewertet.

Anschließend wurden die Projektkostenbarwerte im Zuge einer Kostenvergleichsrechnung ermittelt und dem fachlichen Nutzen gegenübergestellt. Im Ergebnis wurde abschließend eine Empfehlung in Form einer Vorzugslösung ausgewiesen.

Bei Fragen stehen Ihnen unser Herr M.Sc. Julian Binias unter der Telefonnummer +49 (211) 44991-47 und unser Herr Dipl.-Ing. Ralf Bosbach unter der Telefonnummer +49 (211) 44991-74 gerne zur Verfügung.

Bisher erfolgt die Datenerhebung als Planungsgrundlage für wasserwirtschaftliche Fragestellungen größtenteils durch klassische Vermessungsmethoden wie z.B. die Tachymetrie oder das terrestrische Laserscanning. Diese Methoden sind zwar sehr genau und hochauflösend, allerdings auch sehr zeitaufwändig und mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden. Weiterhin werden digitale Geländemodelle eingesetzt, die durch flugzeuggetragenes Laserscanning gewonnen werden, welche allerdings eine größere Fehlertoleranz aufweisen.

Seit einigen Jahren jedoch, gewinnt der Einsatz von Drohnen aufgrund der rasanten Entwicklung im Bereich von unbemannten Luftfahrt- und digitaler Kamerasysteme immer mehr an Bedeutung in der modernen Datenerhebung für wasserwirtschaftliche Fragestellungen.

Bei der Hydro-Ingenieure GmbH werden Drohnen beispielsweise eingesetzt, um hochaufgelöste digitale Geländemodelle (DGM) als Planungsgrundlage zu generieren, auf deren Grundlage anschließend Senken- und Fließweganalysen sowie auch 2D-Überflutungssimulationen durchgeführt werden. Dabei werden durch Drohnen generiete DGMs, bei denen die Auflösung im Zentimeter-Bereich liegt, für die Erfassung von hydraulisch relevanten Strukturen wie beispielsweise Bordsteinkanten eingesetzt. Diese Höhendaten werden anschließend mit den durch flugzeuggetragenes Laserscanning aufgenommenen Vermessungsdaten des Landes NRW kombiniert.

Darüber hinaus kommen Drohnen bei der Hydro-Ingenieure GmbH u.a. bei folgenden Anwendungsfeldern zum Einsatz:

• Bereitstellung von Bildern und Orthofotos als Planungsgrundlage
• Bereitstellung von Digitalen Geländemodellen als ergänzende Planungsgrundlage für z.B. Fließgewässersimulationen und Starkregenkarten
• Bereitstellung von 3D-Modellen zur Verknüpfung mit BIM-Projekten
• Beweissicherung

Bei Fragen steht Ihnen unser Herr M.Sc. Jan Schomaker-Loth unter der Telefonnummer +49(211)44991-44, unser Herr Dipl.-Ing Alexander Paffrath unter der Telefonnummer +49(211)44991-31 und unser Herr Dipl.-Ing. Ralf Bosbach unter der Telefonnummer +49(211)44991-74 gerne zur Verfügung.

Zum ersten Mal wendet die Hydro-Ingenieure GmbH die CFD-Simulation im eigenen Hause nicht nur an, sondern führt die Simulationsbetrachtungen auch in Eigenregie durch und kann dieses moderne Planungswerkzeug ohne Schnittstellenverluste mitanbieten.

Auf der Kläranlage Gütersloh-Putzhagen wurde mit Hilfe von CFD-Simulationen die Durchströmungscharakteristik der Quelltöpfe visualisiert und die konstruktive Gestaltung optimiert. Aufgabe der Quelltöpfe ist es, die zufließenden Wassermengen möglichst gleichmäßig auf die daran angeschlossenen vier GAK-Kessel (4. Reinigungsstufe) zu verteilen. Weiterhin wird eine möglichst ruhige Wasseroberfläche angestrebt.

Zunächst wurde der im Entwurf geplante Quelltopf durchströmungstechnisch analysiert und bewertet. Hier hat sich vor allem eine ungünstige Zulaufrandbedingung gezeigt, wodurch eine Asymmetrie der Geschwindigkeiten im Zulauf resultiert die bis zur Wasseroberfläche bestehen bleibt.

Im Zuge des Optimierungsprozesses wurde ein Prallteller zentral im Quelltopf vorgesehen, welcher die Dissipation einer großen Menge der eingetragenen Energie durch den Aufprall des Zulauf-Jets auf den Prallteller bewirkt. So wird durch den Einbau eines Pralltellers zum einen eine nahezu optimale Gleichverteilung der Wassermengen auf die vier angeschlossenen GAK-Kessel bewirkt. Zum anderen sorgt die Dissipation von Energie und die Umlenkung des Wassers gegen die Außenwände für eine sehr ruhige Wasseroberfläche.

Bei Fragen steht Ihnen unser Herr M.Sc. Jan Schomaker-Loth unter der Telefonnummer +49(211)44991-44 gerne zur Verfügung.

Auf der Kläranlage Beggen soll in containerbauweise die Verfahrenskombination Ozon und GAK untersucht werden. Hierdurch soll die geplante großtechnisch Anlage in Bezug auf Invest.- und Betriebskosten optimiert, die Betriebssicherheit erhöht und ein Erkenntisgewinn zur Verfahrenskombination erlangt werden.

Seit Anfang des Jahres werden vom WVER in Zusammenarbeit mit dem KIT Modellversuche zur Optimierung der Hochwasserrückhaltebecken Vicht durchgeführt, um u. a. nachfolgende Fragestellungen zu untersuchen und zu optimieren:

• Optimierung der Strömungsverhältnisse im Einlaufbereich des Auslassbauwerkes zur Vermeidung/Reduzierung einer möglichen Wirbelbildung
• Variation der Abmessungen/Tiefenlage der Tosbeckenkonstruktion
• Standort des Messpegels zur Steuerung der Abflussorgane

Die Entwurfsplanung der beiden HRB Standorte ist in Zusammenarbeit mit dem Büro Wald&Corbe, Hügelsheim und hydrotec, Aachen in Bearbeitung und wird die Ergebnisse der Modellversuche am Karlsruher Institut für Technologie in die Objektplanung integrieren, um zu einem nachhaltigen wie auch betriebssicheren Projektergebnis zu gelangen.

Zur Spurenstoffelimination ist eine Tuchfiltration mit Zugabe pulverisierter Aktivkohle in einem vorgeschalteten Mischbecken bzw. direkt in die Biologie für eine Vollstrombehandlung von bis zu 4,5 m³/s vorgesehen. Ein der Tuchfiltration nachgeschaltetes Belüftungsbecken soll die Sauerstoffkonzentration nahe der Sättigung erhöhen, um die Ablaufqualität auch aus gewässerökologischer Sicht vor Einleitung in die Emscher weitestgehend zu verbessern.

Aufgrund des erheblichen wirtschaftlichen Einsparpotentials einer Kombination des Misch- und Belüftungsbeckens in einem Bauwerk, werden auf dem Technikumsgelände der KLEM Pilotversuche mit Unterstützung des ISA Prof. Thomas Wintgens durchgeführt.

Die Ziele des 1. Teils der pilottechnischen Untersuchungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Schritt 1 – Prüfung des Auftretens von Flotationseffekten des PAK- Schlammes im Belüftungsbeckens
• Schritt 2 – Weitergehende Untersuchung und Konkretisierung der Bemessungsparameter (PAK, FHM, FeCL3, Kontaktzeiten, Energiedichte, Luftzufuhr der feinblasigen Belüftung) sowie Übertragung der Ergebnisse auf die großtechnische Planung
• Schritt 3 – Vorschläge zur Optimierung der bisherigen Planung

Auf der Kläranlage Detmold wurde im Rahmen eines vom MKUNLV des Landes NRW geförderten Vorhabender Ozoneintrag in einem Pilotversuch getestet.

Die gesamten Pilotversuche konnten als erfolgreich bezeichnet werden, da die Auslegungsdaten aus der Machbarkeitsstudie der Hydro-Ingenieure GmbH bestätigt wurden und insbesondere die Erhöhung der Kontaktzeit von 15 auf 20 Minuten zu einer verbesserten Reinigungsleistung führte. Im Rahmen der Pilotierung konnte durch die Steigerung der Ozondosis von 5 auf 7,5 mg O₃/l nachgewiesen werden, dass sich insbesondere die mittlere Elimination der leicht und mittel ozonierbaren Mikroschadstoffe von ca. 70 auf ca. 85 Prozent gesteigert werden.

Bei einer weiteren Ozondosissteigerung auf 10 mg O₃/l war hingegen keine deutliche Verbesserung der Eliminationsleistung zu beobachten. Für die Auslegung einer großtechnischen Ozonanlage für die ZKA Detmold wurde vor diesem Hintergrund eine Ozondosis von 7,5 mg O₃/l empfohlen, was einem spezifischen ZSPEZ von ca. 1,15 mg O₃/mg DOC entspricht.