Teilprojekt 3.2.4 - AbwasserentsorgungKlimawandelbedingte Gefährdungen aus unseren Kanalnetzen Nachfolgend erhalten Sie Informationen über Ziele, Forschung, Ergebnisse, Produkte und Partner des Teilprojektes. ZieleDas Teilprojekt 3.2.4 untersucht die hydraulischen und stofflichen Auswirkungen des Klimawandels im Bereich der Abwasserableitung und deren Behandlung mit folgenden Schwerpunkten:
Untersuchungsgebiet Strategien zur Verminderung von Überflutungen aus Kanalnetzen
Optimierung des Kanalspülplans für die Stadt DresdenDie Bearbeitung dieses Schwerpunkts gliedert sich in
Für die Identifizierung von Zusammenhängen zwischen Niederschlagsgeschehen und Sedimentanfall wurde der monatlich erfasste Anfall von Sandfang- und Kanalräumgut den monatlichen bzw. jährlichen Niederschlagssummen gegenübergestellt. Der Einfluss infrastruktureller Randbedingungen wurde durch Ablagerungsmessungen im Dresdner Kanalnetz und Korrelation mit potentiell relevanten Einflussgrößen, wie Gefälle, Durchmesser, angeschlossene Haushalte etc. bestimmt. Ergänzend wurde in einem sedimentanfälligen Sammler die Ablagerungsbildung und Mobilisierung als Funktion des Abflusses untersucht und ergänzend Modellrechnungen zum Sedimenttransport als Funktion von Abfluss und Ablagerungshöhe durchgeführt. Im Ergebnis wurden Kennzahlen zur Abschätzung der Ablagerungsanfälligkeit abgeleitet und mittels hydrodynamischer Situation die ablagerungsanfälligen Netzbereiche identifiziert. Parallel wurden in einem Spülbezirk die bei der Reinigung anfallenden Sedimentmengen haltungsscharf bestimmt und Empfehlungen zur weiteren Optimierung des Reinigungsplans abgeleitet.  Anpassung Technik: Neuentwicklung ÜberstauwagenFür die besonders ablagerungsanfälligen großen Bezirks- und Abfangsammler wurden mit Hilfe von CFD-Modellierung und halbtechnischen Versuchen konkrete Vorschläge zur Verbesserung der Stauwagentechnologie entwickelt. Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit der Institute für Wasserbau und Hydromechanik sowie Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft mit finanzieller Unterstützung der Stadtentwässerung Dresden bearbeitet. In einem ersten Schritt wurde unter Nutzung des CFD-Modells Flow3D das wirksamste Reinigungsprinzip ermittelt und die hydraulische Gestaltung des Spülschilds optimiert. In nachfolgenden Versuchen im halbtechnischen Maßstab wurden die Ergebnisse umgesetzt und weiterhin die Arbeitsgeschwindigkeit sowie weitere Betriebsparameter optimiert. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse wurde ein interessierter Anlagenbauer (HST-WKS) gewonnen und ein Forschungsprojekt zur Entwicklung eines marktreifen Produkts bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) beantragt. Dieses Projekt ist gegenwärtig in der Phase des Prototyping. Maßnahmen in Kläranlagen zur Minimierung der Mischwasserentlastung und zur Anpassung an vermehrte, kalte MischwasserereignisseAuf Basis der Klimaprojektionen für die Modellregion Dresden erfolgte zunächst die qualitative Bewertung von Gefährdungspotentialen für die Abwasserbehandlung. Hierbei wurden Einflussmöglichkeiten auf die Parameter Volumenstrom, Konzentrationsniveau, Vorabbau im Kanalnetz und Abwassertemperatur identifiziert. Im qualitativen Vergleich mit Einflüssen, welche sich durch wirtschaftliche, technische und soziale Entwicklungen ergeben, sind die meisten dieser Einflussmöglichkeiten von untergeordneter Bedeutung. Markante Ausnahmen sind Mischwasserereignisse und Abwassertemperaturen. Auswirkungen und Anpassungsmaßnahmen hinsichtlich dieser Parameter wurden im Rahmen von Literaturrecherchen zusammengestellt. Die Untersuchung des Einflusses niedriger Temperaturen auf die Schlammeigenschaften wurde an einer halbtechnischen Versuchsanlage durchgeführt. ErgebnisseIm Teilprojekt sind folgende Ergebnisse entstanden: Strategien zur Gefährdungsminderung: Verringerung von Überflutungen aus Kanalnetzen Strategien zur Gefährdungsminderung: Verringerung von Überflutungen aus KanalnetzenMaßnahmen zur Minimierung von Gefährdungen infolge von Überflutungen aus Kanalnetzen müssen das Ergebnis einer Gefährdungsanalyse sein. Diese umfasst neben der Ermittlung von Ort und Umfang der Überlastung auch eine Beschreibung der möglichen Schäden. Dazu wird ein stufenweises, dem potentiellen Schaden angemessenes Verfahren genutzt.  Die jeweilig weitergehende Untersuchung wurde bei Ermittlung schwerwiegender potentieller Gefährdungen vorgenommen. Abbildung 2 zeigt beispielhaft das Ergebnis einer Überflutungsberechnung mit Extran 2D für die Dresdner Innenstadt (Stufe 3).  Zur Minimierung der Auswirkungen von Überflutungen wurden verschieden Maßnahmen beurteilt. Angemessen können dabei nur nach Flächennutzung und Vulnerabilität differenzierte Sicherheitskonzepte sein. Diese müssen neben dem Umfang des potentiellen Schadens und der lokalen Gegebenheiten auch die Kosten für die Maßnahmen berücksichtigen. Tabelle 1 beschreibt Möglichkeiten zur Verminderung des Gefährdungspotentials aus Kanalsystemen. Für außergewöhnliche Regenereignisse können generelle Ausbaumaßnahmen am Kanalnetz nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich sein. Steuerbare Kanalsysteme bieten den Vorteil hoher Flexibilität und damit Anpassungsfähigkeit an geänderte Situationen. Insbesondere interdisziplinäre Planungsansätze für multifunktionale Flächennutzungen (z. B. gezielte Überflutungsbereiche im Straßenraum, auf Parkplätzen oder Grünflächen) werden als sinnvoll erachtet.  Bewirtschaftungskonzept KanalsedimenteOptimierung des Kanalspülplans für die Stadt Dresden  Anpassung Technik: Neuentwicklung Überstauwagen Die Untersuchungen zur Optimierung des Kanalspülplans zeigen, dass in Dresden insbesondere die flachen und großen Bezirks- und Abfangsammler sedimentanfällig sind und auch bei Vollfüllung keine vollständige Mobilisierung erwartet werden kann. Eine Reinigung begehbarer Kanäle ist nicht oder nur eingeschränkt mit kombinerter Hochdruckspül-Saugtechnik (HDSG) möglich. Die hierfür seit Jahren erfolgreich eingesetzten Stauwagen weisen jedoch vor allem Defizite beim Arbeitsschutz auf und sind bei sehr niedrigen und sehr hohen Abflüssen nicht einsetzbar. Im Projekt wurden mittels 3D-CFD-Simulation folgende Optimierungen erarbeitet:
In halbtechnischen Versuchen (DN 600) wurden die Ergebnisse validiert und ergänzende Versuche für eine Entlastungs- und Spülklappe durchgeführt.  Anpassungsmaßnahmen in Kläranlagen zur Minimierung der Mischwasserentlastung Durch die Verbesserung und Stabilisierung der Absetzwirkung der Nachklärbecken ist in Verbindung mit einer Erhöhung und dynamischen Anpassung des Mischwasserzuflusses, die Erhöhung der hydraulischen Kapazität möglich. Umsetzbare Varianten hierfür beinhalten das Aeration Tank Settling, die hydraulische Optimierung der Nachklärung, die Flockungshilfsmittelzugabe und die Aluminiumzugabe zur Blähschlammbekämpfung. Die Umgehung des Belebungsbeckens mittels Bypass stellt eine günstige Variante für die Verringerung der Gewässerbelastung bei Mischwasserereignissen dar. Schließlich besteht die Möglichkeit ungenutzte Becken als Speicherbauwerke zu bewirtschaften und hierdurch Frachtspitzen aufzufangen. Ziel dieser Maßnahmen ist die Verringerung der stofflichen und hydraulischen Gewässerbelastung durch Minimierung der Mischwasserentlastung. Anpassungsmaßnahmen an vermehrte, kalte Mischwasserereignisse im Winter Durch die prognostizierte Verschiebung der Niederschlagsmengen in die Wintermonate mit gleichzeitigem Anstieg der Temperaturen im Winter, ist eine verstärkte Belastung der Kläranlage mit kalten Mischwasserereignissen zu erwarten. Winterliche Mischwasserereignisse verringern nachweislich die Temperatur in Kläranlagen, wodurch die Geschwindigkeit der biologischen Stoffwechselprozesse gesenkt wird. Insbesondere die ausgeprägte Temperatursensibilität der Nitrifikation stellt dabei eine Herausforderung für den Betrieb von Kläranlagen dar. Durch eine Erhöhung des Schlammalters bzw. des Beckenvolumens oder die Nutzung von Aufwuchsträgern kann prinzipiell eine Anpassung an niedrige, maßgebende Temperaturen vorgenommen werden. Mittels externer Behandlung der Stickstofffrachten aus der anaeroben Schlammstabilisierung ist sowohl die Reduktion der Stickstoffbelastung für die Kläranlage als auch die zusätzliche Produktion von Nitrifikanten als Anpassungsmaßnahme möglich. ProdukteBewirtschaftungskonzept Kanalsedimente PartnerZusammenarbeiten - Partner des Teilprojektes 3.2.4 |
Ansprechpartner |
