Letzte Änderung: 15.April 2024
Bericht: Gerd Doeben-Henisch
Kontakt: big-wasser@oksimo.org
KONTEXT
Dieser Text ist Teil der Liste der Veranstaltungen zum Thema WASSER Phase II.
Wasser-Workshop 10.April 2024
Zur Einführung siehe die Ankündigung und den ersten Kurzbericht. Hier folgt jetzt ein Bericht zur Präsentation während der Veranstaltung.
Dieser Bericht folgt weitgehend der Präsentation von Hans-Jürgen Merget (stellvertretender Leiter der Fachabteilung Stadtplanung), ergänzt um Erläuterungen von Günter Rauch (Leiter der Fachabteilung Stadtplanung) und den kurzen Dialogen zwischendrin zwischen den Bürgern und den Vertretern der Gemeinde. Wegen des Umfangs wurden manche weitere Informationen ausgelassen. Diese können in zukünftigen Erweiterungen behandelt werden.
Vorweg sollte man wissen, dass es neben der laufenden (alten) Kläranlage ein Neubauprojekt gibt, das 2020 begann und nach vielen Verzögerungen (Corona, Ukrainekrieg) und Teuerungen im Mai 2025 abgeschlossen sein soll. Der Neubau wurde erzwungen, da die alte Anlage an ihre Kapazitätsgrenzen stieß. Nach vielen Recherchen schälte sich heraus, dass man auf dem bisherigen Gelände mit einer neuen Methode eine Kläranlage bauen könnte, die den gestiegenen Anforderungen dennoch gerecht werden kann. Während Langenselbold bei annähernd gleichen Rahmenbedingungen einen Neubau mit dem bekannten Standards gestartet hat (geschätzte Kosten 30 Mio Euro), belaufen sich die Kosten für die neue Anlage auf 17 Mio Euro (dazu gibt es einen Zuschuss vom Bund in Höhe von 800.000 Euro). Vom Gesamtbetrag übernimmt Niederdorfelden 25% der Kosten.
Der Weg des Wassers vom Abfluss über Kanalisation und Kläranlage zurück in den Naturkreislauf
Die Präsentation startete mit einem Überblick über die verschiedenen Arten des Wassers, welches über die Kanalisation zur Kläranlage gelangt. Hier ein erweitertes Schaubild:
BILD : Ein erweitertes Schaubild (rekonstruiert aus [1:997-1013]) gibt einen Eindruck von den verschiedenen Arten von Wasser, die im kommunalen Abwassersystem anfallen.
Das Schaubild nach [1] zeigt die verschiedenen Arten von Wasser auf, die nach Gebrauch — z.B. kommunales Schmutzwasser — oder nach Entstehung — z.B. Niederschläge — auftreten können. Mit dieser Vielfalt klar zu kommen, ist eine große Herausforderung für die kommunale Wasserwirtschaft, die in Grenzfällen letztlich nur angenähert werden kann.
Andeutung der Wassermengen
Um ein Gefühl für die Menge des Wassers zu bekommen, stellte der Referent zwei Näherungswerte in den Raum: die Menge des Trinkwasserverbrauchs von einem 4 Personen Haushalt bei 121 L pro Person und Tag [2] und die Menge des Regenwassers bei einem Dach von 341 m2 .[3] Beide Werte beruhen auf Mittelwerten und können von daher nur als Annäherung an die tatsächlichen Volumen gelten.
BILD : Rechenblatt mit der Berechnung des angenäherten Volumens, das in einem Zeitfenster von 5 min entstehen kann.
Mit Hilfe dieser Annäherungen kann man sehen, dass Regenfälle in einem kurzen Zeitraum bis zu ca. 1800 mal mehr Volumen für die Kanalisation generieren können wie der normale Schmutzwasseranfall, sofern man den Regen nicht vor Eintritt in die Kanalisation durch geeignete Maßnahmen auffängt oder verteilt. Dies bedeutet eine gewaltige Herausforderung für die Kanalisation.[5b]
BILD : Das Bild zeigt die Struktur des Mischsystems und eines Trennsystems nebeneinander, wie es sich aus der Perspektive eines Hauses darstellt.
Umgelegt auf die gesamte Kanalisation bedeutet dies, dass entsprechend entweder zwei getrennte Rohrsysteme im Boden liegen müssen (Trennsystem: Regenwasser (blau) und Schmutzwasser (braun) getrennt) oder nur ein Rohrsystem (Mischsystem: Schmutzwasser und Regenwasser zusammen (Magenta)).
BILD : Nach [5]. Ziel ist es u.a., möglichst kein Regenwasser durch die Kläranlage fließen zu lassen, da das Regenwasser vergleichsweise sauber ist, allerdings — abhängig von der Bodenbeschaffenheit — nicht immer. [7]
In Schöneck gibt es je nach Ortsbereich beide Systeme. Für Mischwasser sind in Schöneck 55 km Rohre verlegt, für Regenwasser 6,79 km, und für Schmutzwasser 5,846 km, zusammen also gut 67 km an Leitungen!
Im Fall des Mischsystems kann der Fall eintreten, dass das Wasservolumen durch den Regen derart ansteigt, dass eine Entlastungen der Kanalisation notwendig ist. Idealerweise geschieht dies vor dem Eintreten in das Kanalsystem (Rückhaltevorrichtungen). Durch die vielen Einlaufwerke (Gullis) tritt das zusätzliche Volumen aber auch entlang des Kanalsystems auf. Dazu gibt es Entlastungsbauwerke [6], in denen in einem bestimmten Abschnitt des Kanals das Abwasser in einer Rinne mit hochgezogener Überlaufschwelle geführt wird. Nimmt das Volumen des Wassers über einen festgesetzten Maximalwert zu, dann läuft es über die Schwelle in einen eigenen Kanal, mit dem das Wasser dann herausgeführt und in ein Gewässer abgeleitet (‚abgeschlagen‘) wird. Zusätzlich zu den Entlastungsbauwerken gibt es auch weitere Vorhalteflächen vor dem Eintritt in die Kanalisation wie auch zusätzliche Versickerungsflächen.
BILD : Abschnitt aus dem Kanalsystem in Schöneck mit Mischkanal und und unterirdischem Entlastungsbauwerk
Ein Abschöpfen von Wasser kann allerdings auch bei einem Trennsystem mit zwei getrennten Rohren auftreten.
BILD : Kartenausschnitt von Schöneck mit Trennsystem und Verringerung des Wasservolumens durch eine Abschlagsleitung.
Es wurde angemerkt, dass Regenwasser, das mit Straßenbelag in Berührung kommt, allein durch den erheblichen Abrieb der Reifen erheblich belastet ist und eigentlich vorgereinigt werden müsste. Bei der Schönecker Kanalisation, die schon älter ist, findet eine solche Vorreinigung von Regenwasser vor der Einleitung in Gewässer noch nicht statt.
Ein anderer Fall wird im folgenden Schaubild dargestellt: da Schöneck unterschiedliche Geländeformationen umfasst, ist es bisweilen notwendig, Wasser auch auf ein höheres Niveau zu pumpen.
BILD : Hinaufpumpen von Schmutzwasser (braun) zu einem Mischwasserkanal (Magenta) auf einem höheren Niveau.
Gruppenkläranlage Schöneck-Niederdorfelden
BILD : Eingang zur Kläranlage Schoeneck-Niederdorfelden Samstag 13.April 2024. Elemente einer Baustelle sind erkennbar.
BILD : Aus openstreetmap.org: Lage der Gruppenkläranlage Schöneck-Niederdorfelden
Dazu ein Kartenausschnitt mit den Hauptleitungen zur Kläranlage.
BILD : Hauptzuleitungen zur Gruppenkläranlage von Schöneck (von rechts) und von Niederdorfelden (von links). Die Unterbrechungen in der Linie von Niederdorfelden zeigt an, dass es sich wegen des Geländeunterschieds um eine Druckleitung handelt. Der Durchmesser der Leitung von Schöneck ist größer als 1 m, der von Niederdorfelden deutlich kleiner als 1 m.
Die Zuleitungskanäle kommen im Vergleich zum Niveau der Kläranlage ca. 9 m tiefer an, was bedeutet, dass das Wasser auf das höhere Niveau gehoben werden muss. Standardmäßig würde man dies mit einer robusten Schneckenpumpe umsetzen. Doch wegen des großen Platzbedarfs einer Schneckenpumpe werden Zulauf-Pumpen benutzt. Die Zulauf-Pumpen sind sehr anfällig für alle Arten von Textilien (einschließlich Feuchttüchern), die über das Wasser angespült werden. Diese können sich ineinander verwickeln und müssen dann mechanisch aus der Pumpte entfernt werden.
Ablaufschema einer Kläranlage
BILD : Typisches Ablaufschema einer Kläranlage (siehe [8] mit weiteren Erklärungen).
Stufe 1: Mechanische Reinigung
Rechen
Mit Hilfe einer mechanischen Recheneinrichtung (Rechen) werden grobe Stoffe aus dem Wasser entfernt. Diese kommen dann in eine Pressschnecke und werden dann als Restmüll in einem Container entsorgt.
Sand und Fettabscheider
Als nächstes gibt es einen Sand- und Fettfang: zwei längere Becken, in denen an der Oberfläche das Fett abgenommen wird und am Boden Sandanteile.
BILD : Prinzipschaubild aus der Präsentation. Im nächsten Bild das Original in Schöneck.
BILD : Fettfang links und Sandfang rechts in der Kläranlage Schöneck. Daneben sieht man viele Spuren der Großbaustelle.
AUDIO : Originalton aus der Präsentation zum Fett- und Sandabscheider (Tonqualität nicht gut da nur Hintergrundaufnahme)
Vorklärung
Ein weiteres Becken, in dem verbleibende Schwebanteile abgesondert werden, und welches das so bereinigte Wasser der biologischen Klärung zuführt. Die Schwebanteile aus der Vorklärung werden dem Faulturm zugeführt (siehe weiter unten).
Stufe 2: Biologie
Die Klärung des Wassers durch Mikroorganismen wird auch als Belebtschwammverfahren bezeichnet. [9] Das Grundprinzip besteht darin, dass in einem eigenen Becken dem Wasser aus der mechanischen Klärung (Stufe 1) Sauerstoff und Belebtschlamm zugeführt wird, um damit den Mikroorganismen (im Schlamm) die Möglichkeit zu geben, vorhandene organische Bestandteile zu binden, so dass am Ende nur Wasser und CO2 übrig bleibt, sowie der Belebtschlamm, der teilweise aber wieder zurückgeführt wird, um die Bakterien zu erhalten.
Belebtbecken
Um das Wasser aus der Vorklärung weiter reinigen zu können, gibt es eine hinreichende Menge Schlamm mit Bakterien. Diese benötigen für ihren Prozess hinreichend viel Sauerstoff, der über Rohre in das Becken geleitet wird.
BILD : Belebungsbecken in Schöneck (alte Anlage).
In den letzten 20 Jahren ist kein Fall bekannt geworden, in dem die eingesetzten Bakterien für ihre Aufgabe versagt hätten. Entsprechend den Betriebsanforderungen seitens der Aufsichtsbehörde des Regierungspräsidenten (RP) Darmstadt werden täglich mehrfach Kontrollen vorgenommen, um die Einhaltung wichtiger Größen zu überprüfen. Dazu gibt es ein eigenes Labor, das diese Kontrollen überwacht und dokumentiert. Mehrmals jährlich gibt es auch unangemeldete Kontrollen seitens der Aufsichtsbehörde. Da das Gewerbe in Schöneck und Niederdorfelden keine Betriebe umfasst, die im größeren Stil organische Abfälle erzeugen, ist die Herausforderung an die Bakterien nicht extrem. Dennoch stellt die sich ändernde Zusammensetzung des Wassers (unterschiedliche Regenanteile) und die sich ändernden Temperaturen eine Herausforderung an die Arbeit der Bakterien dar.
Neubau mit SBR Verfahren
Wenn die aktuelle Baustelle im Mai 2025 ihr Ziel erreicht hat, dann soll in Schöneck das bisherige 2-stufige Verfahren von Belebtbecken mit Nachklingbecken durch ein SBR (Sequencing Batch) Verfahren ergänzt werden. Bei einem SBR Reaktor werden zeitlich hintereinander mehrere Prozessphasen ablaufen können, so da dass man auf einem kleinen Raum einen umfassenden Klärungsprozess realisieren kann.
BILD : Vereinfachtes Schaubild der Phasen eines SBR nach [9].
In der Phase 1 (Start) wird hinreichend viel Schlamm mit den Bakterien bereitgestellt. Dazu kommt in Phase 2 (Befüllen) dann das zu reinigenden Wasser. Damit dann die Bakterien arbeiten können, wird in Phase 3 (Belüften) genügend viel Sauerstoff zugeführt, die vorhandene organische — und andere — Stoffe bearbeiten. In Phase 4 (Absetzen) lässt man die Schlammanteile absinken, damit das gereinigte Wasser dann in Phase 5 (Entleeren) entnommen werden kann. Dann beginnt wieder Phase 1.
Nachklärung
In einem runden Nachklärungsbecken (in der aktuellen alten Anlage) werden restliche Schwebstoffe (Schlamm) abgesondert. Das Wasser wird in Gewässer weiter geleitet (hier in die Nidder) und der Schlamm z.T. dem Belebtbecken wieder zugeführt und z.T. dem Faulbehälter.
BILD : Links beispielhaftes Bild vom Ablauf des gereinigten Wassers und rechts ein Originalfoto (Merget) vom Austritt in die Nidder.
Stufe 3: Chemische Reinigung
Die Dimension der chemischen Reinigung lässt sich nicht an einem bestimmten Bauteil festmachen. Sie findet als Teil des gesamten Prozesses statt. Basierend auf den laufenden Labormessungen (und von verschiedenen Sensoren) wird festgelegt, wie viel von sogenannten Fällmitteln über Dosierungspumpen dem Wasser beigegeben werden. Andererseits [9] wird heute auch zunehmend statt mit Fällmitteln mit Biomasse gearbeitet. Übergreifend wir die chemische Reinigung von einem Prozessleitsystem gesteuert. Aktuell bedarf es noch teilweise des Eingriffs durch eine Person. Nach Vollendung des Neubaus soll alles automatisch ablaufen. Die Steuerung der Prozesse wird dann per Software gesteuert, die man nach Bedarf anpassen kann.
Stufe 4 : Spezielle Stoffe
Zu speziellen Stoffen gehören z.B. toxische Verbindungen (PCB, CKW, AOX…), Spurenstoffe, Mikroplastik, Nanopartikel, Antibiotikaresistenzen, PFAS. Für Anlagen ab 100.000 Einwohner ist Stufe 4 schon vorgeschrieben. Für kleinere Anlagen steht dies noch aus.
Schlamm, Faulgas & Energie
Die zuvor schon geschilderte Absonderung von Schlamm wird dazu genutzt, dass bei annähernd Körpertemperatur einerseits aus dem Schlamm Gas gebildet wird, das gesammelt und dann einem Blockheizkraftwerk (BHK) zugeleitet wird. Mit der Leistung des BHK kann etwa 50% der Stromleistung der Anlage erzeugt werden. Für die restlichen 50% ist noch eine Photovoltaik-Anlage geplant. Bedenkt man, dass die Kläranlage mit 516.000 KWh der größte Stromverbraucher der Gemeinde ist, dann bilde diese neue Lösungsstrategie einen weiteren deutlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit der Anlage.
Der verbleibende Klärschlamm mit ca. 2000 Tonnen pro Jahr wird weitgehend vom Wetteraukreis übernommen, der seit Jahren ein kreisweites Programm zur Klärschlammentsorgung für seine Kommunen betreibt.
Nachtrag Trinkwasser-Anteil
Mit Blick auf das Schmutzwasser von Privathaushalten und Kleingewerbe ist der Anteil des Trinkwassers am Gesamtverbrauch des Wassers interessant: Im Jahr 2023 machte der Verbrauch von Wasser bei Essen und Trinken 4% aus. [4]
GRAFIK : BDEW https://www.bdew.de/service/daten-und-grafiken/trinkwasserverwendung-im-haushalt/
Mit Blick auf die Gesamtversorgung mit Trinkwasser für Schöneck (und Niederdorfelden) als Teil des Wassernetzes des Main-Kinzig Kreises stellt sich zunehmend die Frage, wie man einer allmählichen Verknappung des Trinkwassers durch bessere Nutzung des Trinkwassers entgegen wirken kann.
Wie das Schaubild zur aktuellen Nutzung des Wassers andeutet und wie die Situation der Regenwassernutzung zeigt, gibt es prinzipiell ein Potential, das verfügbare Wasser besser zu nutzen.
Ein bisschen Statistik
Hier noch einige Zahlen zur Gemeinschaftsanlage Schöneck-Niederdorfelden:
| Stromverbrauch | 516.000,00 | KW |
| Hilfsstoffe | 103,00 | t |
| Betriebskosten GKA | 280.000,00 | € |
| Betrieb Kanalnetz | 130.000,00 | € |
| Kosten Kanalsanierung | 150.000,00 | € |
| Jahresabwassermenge (Schmutzwasser + Regen) | 2.266.225,00 | m³ |
| Rechengut | 21,20 | t |
| Sandfanggut | 18,60 | t |
| Fettabscheiderückstände | 17,00 | m³ |
| Klärschlammmenge | 1.942,40 | t |
Ausblick
Dieser Bericht versteht sich als ein erster Einstieg in die Thematik Abwasser am Beispiel der Kommunen Schöneck-Niederdorfelden.
Dieser Bericht soll im weiteren Verlauf weiter ergänzt und erweitert werden.
Zusätzlich soll auch der Zusammenhang mit der Frage der Wasserverfügbarkeit im MKK thematisiert werden.
Auch soll die Idee eines Besuchs der Kläranlage vor Ort aufgegriffen werden.
Das Kanalnetz in Schöneck zusammen mit der Kläranlage bilden letztlich ein großes und für die Bürger zentrales Projekt der Sicherung unseres alltäglichen Lebens. Dieses sollte im Bewusstsein von uns allen einen festen Ort haben.
QUELLENANGABEN
[1] Zusammenstellung anhand des „Taschenbuch der Wasserwirtschaft“ (TBW) herausgegeben von Kurt Lechner, Hans-Peter Lühr und Ulrich Z.E.Zamke, Springer Verlag, 2021, 10.Aufl., SS.985 – 1013
[2] Nach Statistischem Bundesamt für das Jahr 2019: https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/Wasserwirtschaft/Tabellen/ww-01-wasserabgabe1991-2019.html . Im Vergleich, laut [4] waren es 2023 nur 121 L pro Person und Tag.
[3] Der Koeffizient 316,7 L(s * ha) wird typischerweise aus einem Tabellenwerk entnommen, das aus langjährigen Mittelwerten und weiteren Größen einen Koeffizienten berechnet. Näheres siehe TBW 1002ff.
[4] Laut Bundesverband der Energie und Wasserwirtschaft für 2023, siehe: https://www.bdew.de/service/daten-und-grafiken/trinkwasserverwendung-im-haushalt/
[5a] DWA: Im Klartext. Abwasser geht jeden an, 5.Aufl. 2018, URL: https://de.dwa.de/files/_media/content/DIVERSES/Flyer/FlippingBook1/Klartext-Abwasser/Klartext-Abwasser/index.html
[5b] Kanalisation, ein erster Überblick — auch zur Geschichte der Kanalisation — findet sich hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Kanalisation Anmerkung: Es ist bemerkenswert, dass es schon vor 1.800 Jahre vor unserer Zeitrechnung schon Siedlungen/ Städte mit kompletten Kanalisationen gegeben hat, ein Wissen, das im westlichen Europa ab frühem Mittelalter wieder verloren gegangen ist und erst ab ca. Mitte des 19.Jahrhunderts ‚wieder entdeckt‘ wurde.
[6] In Schöneck gibt es 26 Entlastungsbauwerke unter der Straße.
[7] Regenwasser, das mit Oberflächen in Berührung kommt, die verschmutzt sind, kann natürlich dennoch eine Anforderung für Klärung von Schadstoffen stellen.
[8] Überblicksartikel zu Kläranlagen generell mit vielen Zusatzartikeln siehe hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Kl%C3%A4ranlage Anmerkung: Es ist interessant, dass die erste Kläranlage auf dem europäischen Festland erst 1889 in Frankfurt am Main in Betrieb genommen wurde.
[9] Belebtschwammverfahren: Siehe für eine erste gute Beschreibung hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Belebtschlammverfahren
