Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Kassel
Verein zur Förderung der Fachgebiete Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik an der Univ. Kassel e.V.
2002
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| Schriftenreihe: | Wasser, Abwasser, Abfall
21 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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| adam_text | Titel: Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken
Autor: Born, Winfried
Jahr: 2002
Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken___________________Seite I
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG DER ARBEIT 1
1.1 Problemstellung 1
1.2 Mögliche Lösungen 3
1.3 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 5
2 GRUNDLAGEN UND STAND DER ERKENNTNISSE 7
2.1 Begriffsdefinition 7
2.2 Einsatzgebiete von Retentionsbodenfiltem 7
2.3 Der Bodenkörper als Reaktor zur Reinigung von verschmutztem Wasser 9
2.3.1 Geschichtliche Entwicklung 9
2.3.2 Wasserbewegung im Boden 11
2.3.3 Reinigungsmechanismen 12
2.3.3.1 Mechanischer Rückhalt partikulärer Stoffe 13
2.3.3.2 Rückhalt gelöster Stoffe 14
2.3.3.3 Um- und Abbau von Wasserinhaltsstoffen durch Stoffwechselprozesse 19
2.3.4 Bepflanzung 20
2.3.5 Betriebliche Einflussfaktoren 23
3 BODENFILTERANLAGEN IN DEUTSCHLAND 25
3.1 In Betrieb befindliche Anlagen 26
3.2 Ansalze zur Bemessung von Retenöonsbodenfiltern 26
3.2.1 Bemessungsvorschlag der LfU Baden-Württemberg 26
3.2.2 Verschiedene Vorgehensweisen in Nordrhein-Westfaten 27
3.3 Baukosten von Bodenfllterbecken 28
4 BESCHREIBUNG DES UNTERSUCHUNGSGEBIETES 36
4.1 Das Einzugsgebiet des Retentionsbodenfilters Fulda Fellenwefl 36
4.2 Beschreibung der Pilotanlage Fulda Fellenweg 39
4.2.1 Regenübertauf 44
4.2.2 Siebanlage 45
4.2.3 Umlenkbauwerk 46
4.2.4 Bodenfiltertaecken 47
4.2.5 Notüberlauf 49
4.2.6 Ablaufschacht 50
5 MATERIAL UNO METHODEN 51
5.1 Messtechnik 51
5.2 Probenahme 53
Seite II___________________Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken
5.3 Analytik
5.4 Bestimmung der Durchlässigkeit
5.5 Bestimmung des drainbaren Porenvolumens
6 BETRIEB DES BODENFILTERBECKENS FULDA 60
6.1 Drosselabfluss und Einstauhöhe in Filterschicht und Becken 60
6.2 Einstauereignisse und hydraulische Belastung 62
6.3 Stoffliche Belastung 63
6.3.1 Zulaufkonzentrationen 63
6.3.2 Frachtproportionale mittlere Zulaufkonzentrationen 66
6.3.3 Exemplarische Darstellung einzelner Ereignisse 69
6.3.4 Organischer Anteil der Feststofffracht 73
6.3.5 Feststoffflächenbelastung 74
7 REINIGUNGSLEISTUNG DES BODENFILTERS 76
7.1 Frachtbilanzen 76
7.2 Ergebnisse einzelner Mischproben partikulär gebundener Stoffe 80
8 DURCHLÄSSIGKErrSVERHALTEN DES FILTERS 82
8.1 Vorbemerkungen 82
8.2 Bestimmung der Durchlässigkeit an einzelnen Punkten 82
8.3 Bestimmung der Gesamtdurchlässigkeit 83
8.4 Zustand und Einfluss der Drainageteitung 84
8.5 Bestimmung des drainbaren Poren Volumens 85
9 DISKUSSION UND EINORDNUNG DER UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE 88
9.1 Zulaufbelastung 88
9.1.1 Vergleich mit Literaturwerten 88
9.1.2 Vergleich mit der Bodenfilteranlage Waldangelloch 91
9.1.3 Wirkung der vorgeschalteten Stufe 91
9.1.4 Organischer Anteil der eingetragenen Feststoffe 93
9.2 Reinigungsleistung und Prozessstabilttat 95
9.3 Filterstabilltat 97
9.4 Bemessung 99
9.4.1 Vergleich der Betriebsergebnisse Fulda mit den Bemessungsvorschlagen
derLfU * 99
9-4.2 Schhjssfokjenjngen für die Bemessung 10°
Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken Seite III
9.5 Lebensdauer 102
10 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 104
11 LITERATUR 108
12 VERZEICHNIS DES ANHANGES 116
Seite IV
Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1: Gefährdungspotenzial für Gewässer durch Mischwasserentlastungen 1
Abbildung 2: Empfohlene Kornverteilungskurve von Sand für die
Mischwasserreinigung (LfU, 1998) 18
Abbildung 3: Spezifische Kosten von Retentionsbodenfiltern im Mischsystem in
Abhängigkeit vom Retentionsvolumen (Bezugsjahr 1995) (aus LfU,
1998) 30
Abbildung 4: Spezifische Kosten für Bodenfilterbecken in Abhängigkeit vom
Retentionsvolumen (Bezugsjahr 1997) (aus Born, 1997) 31
Abbildung 5: Volumenspezifische Bruttobaukosten von 19 Retentionsbodenfiltern im
Mischsystem (Anlagen aus Baden-Württemberg, Hessen und NRW) 33
Abbildung 6: Filterflächenspezifische Bruttobaukosten von 19 Retentionsbodenfiltern
im Mischsystem (Anlagen aus Baden-Württemberg, Hessen und NRW) 34
Abbildung 7: Durchschnittliche Anteile einzelner Kostengruppen an den gesamten
Baukosten von Bodenfilterbecken 35
Abbildung 8: Ausschnitt aus der topographischen Karte Blatt 5424 Fulda
(Hessisches Landesvermessungsamt, 1993) mit Standort des
Retentionsbodenfilters 38
Abbildung 9: Einzugsgebiet des Retentionbodenfilters Fulda Fellenweg 38
Abbildung 10: Systemdarstellung der Anlage Fulda Fellenweg 41
Abbildung 11: Filteraufbau des Bodenfilters Fulda Fellenweg 48
Abbildung 12: Darstellung des Drainsystems im Bodenfilterbecken 48
Abbildung 13: Druck- und Energielinie bezogen auf die Drainrohrachse 57
Abbildung 14: Gangliniendes Einstauereignisses vom 20.8.1995 68
Abbildung 15: Ganglinien des Zuflusses, der CSB-Fracht und der CSB-Konzentration 70
Abbildung 16: Normierte CSB-Fracht in Abhängigkeit vom normierten
Abflussvolumen zum Erkennen eines Spülstoßes 71
Abbildung 17: Zeitlicher Verlauf der normierten Frachten 72
Abbildung 18: Einstauereignis mit mehrstündigen Zulaufunterbrechungen 73
Abbildung 19: Mittiere Konzentrationen organischer und mineralischer Feststoffe
eines Ereignisses im Zulauf zum Bodenfilterbecken 74
Abbildung 20: Stickstoff im Ablauf der Bodenfilteranlage Fulda Fellenweg 81
Abbildung 21: Zeitlicher Vertauf von Zufluss zum RBF, Wasserstand im Becken und
Druckhöhe am Dratnrohr 86
Abbildung 22: Unterschreitungshaufigkerten von CSB-Ablaufkonzentrationen
Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken
Seite V
TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1: Hauptwirkrichtung von Maßnahmen zur Verbesserung der Situation
mischwasserbelasteter Gewässer 4
Tabelle 2: Anforderungen an den Filteraufbau 14
Tabelle 3: Bodenkennwerte von Retentionsbodenfiltem mit bindigem und
sandigem Bodensubstrat vor Betriebsbeginn (Brunner et al., 1999) 16
Tabelle 4: Redoxprozesse und ihre freie Reaktionsenthalpie (umgerechnet auf
pH 7) (Baveye et al., 1998) 20
Tabelle 6: Vorgaben für die Bemessung von Retentionsbodenfiltem im Misch-
und Trennsystem (LfU, 1998) 27
Tabelle 7: Anteile einzelner Kostengruppen am Gesamtbaupreis in Prozent (11
Bodenfilterbecken im Mischsystem) 35
Tabelle 8: Jahresniederschiagshöhen umliegender Messstationen in mm (Quelle:
Deutscher Wetterdienst) 39
Tabelle 9: Kenndaten der Bodenfilteranlage Fulda Fellenweg 43
Tabelle 10: Tatsächliche und für die Bemessung angesetzte spezifische Größen 44
Tabelle 11: Bodenkennwerte des Retentionsbodenfilters Fellenweg im Vergleich
zu anderen Anlagen (Brunner et al., 1999) bei Betriebsbeginn 49
Tabelle 12: Messverfahren und Zweck der Messung an verschiedenen Messorten 52
Tabelle 13: Analyseverfahren 54
Tabelle 14: Drosselabfluss und Schaltwasserstände im Versuchszeitraum 61
Tabelle 15: Einstauereignisse und Notentlastungen 62
Tabelle 16: Statistische Auswertung der Messwerte im Zulauf zum
Bodenfilterbecken (Datengrundlage: Mischproben) 64
Tabelle 17: Mittleres CSB/BSBs-Verhaltnis im Zulauf zum RBF Fulda Fellenweg
(aus Stichproben) 66
Tabelle 18: Zulauffrachten und aus der Frachtbilanz errechnete mittlere
Konzentrationen 67
Tabelle 19: Vergleich mittlerer Zulaufkonzentrationen (1994-1998) errechnet aus
Frachtbilanzen (MWFB) und aus Einzelproben (MWEP) 68
Tabelle 20: Konzentrationen der Einzelproben und Vergleich mittlerer
Zulaufkonzentrationen errechnet aus Einzelproben und aus
Frachtbilanzen für das Einstauereignis am 20.8.1995 69
Tabelle 21: Basisdaten zur Hochrechnung der Feststoffflachenbelastung in den
fünf Betriebsjahren 75
Tabelle 22: Obersicht über Frachten, Konzentrationen (Ermittlung aus
Frachtbilanz), Wirkungsgrade der Anlage sowie die Anzahl der zu
Grunde liegenden Ereignisse 77
Tabelle 23: Statistische Auswertung der Messwerte im Ablauf des
Bodenfilterbeckens (Datengrundlage: Mischproben) 79
Tabelle 24: Durchtassigkeitsoeiwerte und Anteil der Verluste im Drainrohr 84
Seite VI
Weitergehende Mischwasserbehandlung in Bodenfilterbecken
Tabelle 25: Ermittlung des drainbaren Porenvolumens aus je einem
Einstauereignis der Jahre 1995 bis 1998 87
Tabelle 26: Konzentrationen belastungsrelevanter Parameter im entlasteten
Mischwasser in Fulda Fellenweg im Vergleich zu Angaben in der
Literatur (nach Fischer, 1998). Angegeben sind Mittelwerte bzw. die
Schwankungsbreite von Messreihen. 90
Tabelle 27: Vergleich der Zulaufkonzentrationen der RBF Waldangelloch und
Fellenweg 91
Tabelle 28: Mittlere Wirkungsgrade und Ablaufkonzentrationen des
Bodenfilterbeckens Fulda Fellenweg (ermittelt aus Frachtbilanz) 96
Tabelle 29: Drosselabfluss, eingetragene und emittierte AFS-Fracht der
Einstauereignisse mit über 100 m3 Volumen bei erhöhtem
Drosselabfluss 99
Tabelle 30: Vergleich der Bemessungsvorschläge der LfU Baden-Württemberg mit
Betriebsergebnissen aus Fulda 1996 bis 1998 100
|
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