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10.02.2022

ENTfrachtEN – Frachtbasierte Kanalnetzbewirtschaftung in Köln

Entwicklung eines integralen MSR-Konzeptes zur frachtbasierten Echtzeit-Steuerung der Abwasserableitung mit dem Ziel der Gewässerentlastung – DBU-gefördertes Verbundvorhaben mit den StEB Köln und der NIVUS GmbH

Gemeinsam mit den Stadtentwässerungsbetrieben Köln und der NIVUS GmbH soll für das Mischwassersystem Köln-Rodenkirchen ein Bewirtschaftungskonzept entwickelt und umgesetzt werden, bei dem die Steuerung von Wehren und Pumpen insbesondere in Entlastungsbauwerken auf Frachten basiert. Als Parameter für diese Frachten wird die AFS-Fracht durch ein neues Messsystem der NIVUS GmbH bestimmt. Das Projekt wird durch die DBU gefördert und läuft über drei Jahre bis Oktober 2024.

Stoffeinträge in Gewässer aus der Siedlungsentwässerung haben vielfältige negative Einflüsse auf die Gewässer. So werden bspw. Schwermetalle durch die Siedlungsentwässerung in die Gewässer eingetragen. Diese Schwermetalle liegen dabei verstärkt gebunden an feinen Feststoffpartikel vor. Besonders die Fraktion < 63 μm weist enorm große Schwermetallfrachten auf. Feststoffeinträge in Gewässer haben darüber hinaus direkte Auswirkungen auf die Wasserqualität, da bspw. durch organische Anteile die Sauerstoffzehrung verstärkt wird. Des Weiteren werden durch Kolmation der Gewässersohle und des damit verbundenen verminderten Austauschs zwischen fließender Welle und dem Interstitial die Gewässerbiozönosen negativ beeinflusst. Besonders kleinere Gewässer können so durch Einleitungen aus Kanalnetzen erheblichen Feststofffrachten ausgesetzt sein und infolgedessen signifikant beeinflusst werden. Leiten Kläranlagen gereinigtes Abwasser in einen Vorfluter mit geringer Wasserführung ein, so sinkt der Verdünnungsfaktor. Das hat eine signifikante Annäherung der Substanzkonzentration an die Ablaufkonzentration der Kläranlage zur Folge. Bei einem solchen Sachverhalt kann es vor allem in Dürreperioden dazu kommen, dass insbesondere kleinere Gewässer zu fast 100 % aus gereinigtem Abwasser bestehen. Der Feststofffrachtanteil kann zur Abschätzung auftretender Umweltbelastungen in den Gewässern herangezogen werden.

Durch die Umsetzung einer frachtbasierten Kanalnetzsteuerung soll sichergestellt werden, dass bei der Einleitung in Gewässer zu keiner Zeit Feststofffrachten eingeleitet werden, die zu einer kritischen Konzentration mit den entsprechenden Folgen im Gewässer führen würden.

Anhand eines Pilotgebietes in Köln-Rodenkirchen sollen die Möglichkeiten der qualitätsabhängigen Verbundsteuerung mit dem Ziel, die Gesamtemissionen zu reduzieren untersucht werden. Das Projektgebiet ist besonders geeignet, da es bereits über eine ausgeprägte technische Kanalinfrastruktur mit Steuermöglichkeiten, wie Pumpanlagen und Hubwehren, sowie über Online-Steuer- und Messvorrichtungen verfügt. Das Gebiet liegt derzeit schon als realitätsnahes und validiertes Berechnungsmodell mit Berücksichtigung der stofflichen Emittenten vor. Das Vorhaben kann daher zeitnah, ohne signifikante Investitionskosten und mit geringem technischem Aufwand verwirklicht werden. Die Gebietsstruktur und die Größe der Kennwerte, wie angeschlossene Einwohner, Fläche und Verschmutzungsgrad entsprechen vielen mittelgroßen Kläranlagen in Deutschland. Eine Übertragbarkeit der Methodik und der Ergebnisse ist somit gegeben.

Bereits während des Projekts soll der Einsatz der geplanten Steuerung rechnerisch auf ein Modellgebiet mit einem kleineren und sensibleren Vorfluter übertragen werden. Anhand der im Projekt erarbeiteten Ergebnisse hinsichtlich des Einflusses auf die Feststofffrachten können so Potenzialabschätzungen zur Reduzierung von Frachteinträgen aus Entlastungsbauwerken in empfindliche Vorfluter durch eine frachtbezogene Kanalnetzsteuerung abgeleitet und in Folgeprojekten umgesetzt werden.

Diese werden anschließend mit den Umweltentlastungspotenzialen einer ungesteuerten Einleitung und einer volumenbezogenen Steuerung verglichen. Von den Ergebnissen des Forschungsvorhabens werden neue Erkenntnisse zum Zusammenwirken von Abfluss und Schmutzfrachtverlauf in Mischwasserkanälen erwartet. Des Weiteren soll eine umsetzbare und übertragbare Lösung für die Online-Frachtdatenerfassung im Kanal gefunden und beschrieben werden.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Kristoffer Ooms
+49 (0) 241 80 2 68 22 / E-Mail

Wolfram Schröder, M.Sc.
+49 (0) 241 80 2 68 34 / E-Mail