Schmutzfrachtsimulation in der Siedlungsentwässerung - DWA

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Bild 3: Charakteristische Struktur von Ablagerungen im Kanalnetz Arbeitsbericht ES 2.6 Im Mischwasserfall überlagern sich die Teilströme Trockenwetterabfluss und Regenwetterabfluss. Gleichzeitig kann bei ausreichend hohen Wand- bzw. Bettschubspannungen Sielhaut abgelöst und vor allem organische Ablagerungen der Oberschicht erodiert werden. Schmutzfracht 4 0 0 Ereignisdauer Schmutzfracht aus erodierten Kanalablagerungen Oberflächenabtrag Schmutzwasser Sielhaut Organische und feinkörnige mineralische Sedimente Grobkörnige mineralische Sedimente, z. T. verfestigt Bild 4: Schematische Darstellung des Schmutzfrachtverlaufs am Ende eines Entwässerungsgebiets (Starkregenereignis nach längerer Trockenwetterperiode) DWA Juli 2012 10
Arbeitsbericht ES 2.6 Je nach lokalen und ereignisspezifischen Randbedingungen unterliegt die resultierende Schmutzfracht einer ausgeprägten Dynamik im Verlauf des Ereignisses. In flachen Einzugsgebieten kann das Schmutzfrachtgeschehen durch Ablagerungen dominiert werden. Insbesondere bei Ereignisbeginn ist mit einer partiellen Mobilisierung dieser Ablagerungen und damit einem Anstieg der transportierten Schmutzfracht zu rechnen (Bild 4). Gegen Ende ausreichend langer Ereignisse stammen die Frachten fast ausschließlich aus dem Schmutzwasser. Auch die gelöst vorliegenden Schmutzstoffe (insbesondere Harnstoff und Ammonium) werden verstärkt zu Ereignisbeginn ausgestoßen. Ursache hierfür ist der kinematische Welleneffekt (KREBS et al. 1999). Der Regenabfluss erzeugt eine Abflusswelle, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit über der Fließgeschwindigkeit des Wassers liegt. Durch diesen Effekt steigt der Abfluss zu Beginn des Ereignisses an, ohne dass die Konzentration unter die Trockenwetterkonzentration sinkt. Die Fracht steigt in dieser Phase proportional zum Abfluss. Danach sinkt die Konzentration aufgrund der bereits ausgestoßenen Abwassermenge unter die theoretisch zu erwartende Mischkonzentration von Schmutz- und Regenwasser und damit auch die Fracht unter das Niveau bei Trockenwetter. Exemplarisch ist dies im Auslauf eines Mischsystems in Bild 5 zu erkennen. Dieser Effekt kann insbesondere in langen Transportsammlern und bei intensiven Regenereignissen relevant sein. Bild 5: Kinematischer Welleneffekt am Beispiel des Parameters Ammonium im Auslauf eines Mischsystems (Durchfluss, Konzentration und Fracht sind jeweils auf den Tagesmittelwert normiert) 2.2.3.2 Chemische und biochemische Prozesse Der Kanal ist ein biochemischer Reaktor. Er bietet ideale Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen: hohes Nahrungsangebot, große Volumina und Aufwuchsflächen, günstige Temperaturverhältnisse, gute Durchmischung und Gasaustausch. Relevante Umsatzprozesse im Kanal sind insbesondere Hydrolyse und Abbau organischer Kohlenstoffverbindungen und die Ammonifikation von Harnstoff. AHNERT et al. (2005) konnten auch Stickstoffverluste nachweisen, was zumindest in Teilbereichen auf Nitrifikation und Denitrifikation hindeutet. Bei Trockenwetter-Bedingungen und langen Fließzeiten kann damit eine detaillierte Betrachtung der Umsatzprozesse erforderlich sein (HVITVED- JACOBSEN et al. 2002). DWA Juli 2012 11
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