Lineare Grundlage als Optimierungsbasis für die technische Planung

Lineare Grundlage als Optimierungsbasis für die technische Planung
der Sedimentationsbecken im Tonbergbau wie auch deren praktische
Gestaltung und Betrieb unter der Berücksichtigung der Umweltaspekte.
Dr.-Ing.W.S.Groborz
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Inhaltverzeichnis
1. Voraussetzungen bei der Planung der Klärbecken
1.1 Einzugsfläche und Niederschlag
2. Einsatz der Schmutzwasserpumpe und erforderlicher Stauraum im Tagebau
3. Ermittlung des erforderlichen Beckenvolumens – Absetz- und
Schlammraumvolumen
4. Planung der Klärbecken auf der Grundlage der linearen Darstellung
der Soll-Parameter
4.1 Soll-Beckenquerschnitt
4.2 Soll-Beckenbreite
4.3 Berechnung der erforderlichen Beckentiefe
4.4 Berechnung der erforderlichen Soll-Beckenlänge
5. Praktische Voraussetzungen beim Bau eines Sedimentationsbeckens
in Tonbergbaubetrieben
5.1 Klärflächenbelastung
5.2 Verweilzeit
5.3 Strömungsgeschwindigkeit
6. Praktische Gestaltung der Klärbecken
7. Erkenntnisse
8. Zusammenfassung
9. Literatur
2

Einführung
Die Absetz- oder Sedimentationsbecken im Tonbergbau gewinnen heut zu Tage aus der Sicht des Umwelt- und Gewässerschutzes
immer größere Bedeutung und dies obwohl überwiegend oder sogar ausschließlich Niederschlagswasser
aus den Tongruben in das öffentliche Gewässer eingeleitet wird. Das Problem, das im Tontagebau nach einem Niederschlag
entsteht, lässt sich auf eine einfache Weise beschreiben.
Hier hat das Niederschlagswasser, das sich im Tiefsten des Tagebaus im Pumpensumpf sammelt, ein direkten Kontakt mit
dem aktiven Tongewinnungsbereich oder offenen Flächen, die noch nicht bewachsen und vollständig rekultiviert sind.
Bei einem ergiebigen Niederschlag, bei dem das Wasser nicht direkt ins Erdreich versickern kann, fließt es die Böschung aus allen
möglichen Richtungen in den Tagebau hinunter und reißt oder löst auch dabei kleine winzige Partikel aus dem Erdreich und
der Tonerde heraus.
Dies kann man als klassische kleine Erosion bezeichnen, die zu diesem Zeitpunkt nicht nur im Tagebau stattfindet aber auch
überall dort, wo der Regen auf eine offene nicht genügend geschützte Fläche niederfällt.
Das Ergebnis solcher Ereignisse außerhalb des Bergbaugeländes lässt sich unter anderem ganz deutlich zum Zeitpunkt eines
Niederschlags oder kurz danach in einer starken Trübung des Gewässers in den Bächen und Flüssen beobachten.
Im Tonbergbau sieht das Resultat ähnlich aus, allerdings darf das Niederschlagswasser erst in den Vorfluter eingeleitet werden
nachdem die absetzbaren Stoffe in den Klärbecken sedimentiert haben. Damit der Niederschlag in einer Tongrube so wenig wie
möglich von der Anzahl der Rohstoffteilchen aus den Böschungen oder Tonabbauflächen mit sich in den Pumpensumpf reißt,
versucht man das Niederschlagswasser gezielt über die Tagebaugräben in den Pumpensumpf hinein zu leiten. Außerdem werden
sehr oft s. g. Auffanggräben am Rande um den Tagebau errichtet, um die Wassermenge direkt in die Vorfluter oder Bächen und
nicht in die Tongrube zu leiten.
Das Wasser Haushalt Gesetz (WHG) sieht vor, dass das eingeleitete Niederschlagswasser aus dem Tagebau in das
öffentliche Gewässer maximal 0,3 ml/l absetzbaren Stoffe enthalten darf. Um dies zu erreichen wird für diesen Zweck
ein Sedimentationsprozess, der auf der Basis der Schwerkraft in einem oder mehreren Klärbecken verläuft, angewendet.
Hier werden die kleinen winzigen Feststoffe wie zum Beispiel Ton- oder Erdpartikel, die sich in dem Niederschlagswasser
im Tagebau befinden, auf natürliche Weise, dank der Schwerkraft, also vertikale Bewegungen der oben genannten Partikel,
von diesem Wasser getrennt und setzten sich im Klärbecken ab. Die außerordentliche Feinteiligkeit der Tone, die den Einfluss auf
die Wassertrübe nimmt und deren Größe der Einzelpartikel meistens in Zehnerpotenzen unter den üblichen flockigen Sedimenten
liegt, führt dazu, dass bei der Bauplanung der Klärbecken die Erfordernisse der hydraulisch-technischen Berechnung unbedingt
berücksichtigt werden müssen. Außerdem soll bei der Planung der Klärteiche eine Vielzahl von verschiedenen Faktoren, die den
Einfluss sowohl aus der Betrachtung der optimalen Funktionsfähigkeit als auch der Kosten und damit der Wirtschaftlichkeit,
die in den kleinen Tonbergbaubetrieben eine große Rolle spielen, berücksichtigt werden.
In diesem Zusammenhang ist die Wasserhaltung und insbesondere die Auswahl der Klärbecken eine von den wichtigsten Faktoren,
die aus der Sicht des Umwelt- und Gewässerschutzes der bergrechtlichen Genehmigung eines Tonbergbaubetriebes betrachtet wird.
Im Tonbergbau haben sich die Verfahrenskonzepte für die Sedimentationsbecken seit Jahren nicht großartig verändert, allerdings
dies artige Konzepte der Sedimentationsanlagen stehen in zentralem Punkt bei der Erteilung der wasserrechtlichen Genehmigung
durch die zuständige Bergbehörde wie auch beteiligten Kommunalebehörde in diesem Genehmigungsverfahren.
Die vorgestellte Optimierung der Sedimentationsklärbecken verbindet gleichzeitig die Umweltaspekte aus der Sicht
des Gewässerschutzes wie auch die wirtschaftlichen Aspekte des Tonbergbauunternehmens, die sich in den Kosten
der Technischenplanung, Flächen und Lebensdauern einer Sedimentationsanlage spiegeln.
3

1. Voraussetzungen bei der Planung der Klärbecken
1.1 Einzugsfläche und Niederschlag
Sehr oft wird bei der Planung von Klärbecken in den Tonbergbaubetrieben
angenommen, dass die Dimensionierung
der Klärbecken vom Niederschlagseinzugsgebiet und damit
Niederschlagsvolumen und Einzugsgebiet
überwiegend von der Tagebaufläche abhängig sein soll.
In der Wirklichkeit nimmt dieser Faktor keinen direkten
Einfluss auf die Klärbeckengröße, sondern viel mehr auf
die Größe des Pumpensumpfs im Tagebau, der wiederum
die Auswahl der Pumpenleistung beeinflusst oder bestimmen
kann. Im Westerwaldkreis werden zum Beispiel nach
Vorgabe der Struktur Genehmigung Direktion
SGD-Nord in Montabaur, bei den wassertechnischen
Berechnungen für die Reinigung von Tonabwässern aus
den Tongruben, bei einem 15 minutigen Dauerregen mit
40
35
30
25
20
15
10
5
0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
120 l/s /ha und damit 50 l/m², bezogen auf die Einzugsfläche
innerhalb von 24 h für die wassertechnische Berechnung zu
Grunde gelegt. Dieser Niederschlag wird sich im ersten
Einzugsgebiet x 1.000 [ m² ]
Ansatz im Tagebau im Pumpensumpf und nicht im Klärbecken sammeln. Weiterhin wird das Wasser mit der Schmutzwasserpumpe
in das Sedimentationsbecken gepumpt. Demzufolge lässt sich das Volumen des anfallenden Niederschlags unter
der Berücksichtigung des sonstigen Oberflächenwassers wie folgt beschreiben:
( 1. ) Q AN � [ F w x ( W + W s ) ] [ m³ ] am Tag
Wobei:
Q AN - Anfallender Niederschlag
F w - Wassereinzugsgebiet [ m² ]
W - Anfallendes Tonschmutzwasser;
W = 50 [ l / m² ] => 0,05 [ ( m³ / m² ) /d ]
W s - Sonstiges Oberflächenwasser,
Ws = 0,002 [ l / m² ] => 0,000002 [ ( m³ / m² ) /d ]
Bild 1. Lineare Abhängigkeit zwischen dem Einzugsgebiet und Niesvolumen.
Niedschlagswasser x 1.000 [ m³ ]
Bild 2. Ausschnitt aus dem technischen
Datenblatt der Tauchpumpe Flygt 2151
5 0 H z
L T = K u r v e N r . 2 3 1
M T = K u r v e N r . 2 4 1
H T = K u r v e N r . 2 3 3
L e is t u n g s a u f n a h m e [ K W ]
F ö r d e r h ö h e [ m ]
2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
F ö r d e r m e n g e [ l/ s ]
4

2. Einsatz der Schmutzwasserpumpe und erforderlicher Stauraum im Tagebau
Für das Herauspumpen des Niederschlagswassers
aus dem Tagebau werden im Extremfall mehrere
Pumpen gleichzeitig betrieben.
Die einzelne Leistung einer Pumpe ist abhängig von
der Förderhöhe und lässt sich aus dem technischen
Datenblatt der Pumpe, das durch den Hersteller zur
Verfügung gestellt wird, ablesen.
Die Bilder 2 und 3 zeigen die Datenblätter von
verschiedenen Pumpen.
Werden im Tagebau mehrere Schmutzwasserpumpen
eingesetzt, wird die gesamte Pumpenleistung
wie folgt bezeichnet:
( 2.) � Q GPL = Q 1 + Q 2 + .... + Q n
Wobei:
� Q GPL = Gesamte Pumpenleistung [m²/h].
n = Anzahl der Pumpen.
Der erforderliche Stauraum, der im Tagebau im Extremfall benötigt wird, lässt sich als Differenz zwischen dem anfallenden
Niederschlag und der gesamten Pumpenleistung definieren:
( 3. ) Q EStR = Q AN – �Q GPL
Wobei:
Q EStR = Erforderlicher Stauraum im Tagebau [m³].
Auf diese Weise stellt der Inhalt der Tabelle 1 die Ergebnisse für einen Stauraum in dem Tonbergbau vor. Hier wird das Volumen
des Stauraums, das abhängig von der Größe der Pumpenleistung- und der Einzugsfläche ist, nur als Empfehlungswert gesehen und
ist nicht zwingend notwendig. Dies wird damit begründet, dass bei einem so extrem hohen Niederschlag (50 l/m²) – der zu einem
Katastrophenfall zählen würde – damit zu rechnen ist, dass die Tongewinnungsarbeiten mindestens auf der tiefsten Sohle des
Tagebaus unterbrochen werden müssten, da das Niederschlagswasser aus dem Grubensumpf austritt und diese Sohle überfluten
würde. Darüber hinaus liegt der durchschnittliche Niederschlag weit unter dem zur Berechnung angenommenem Wert.
Im Tonbergbau ist der Stauraum deshalb als Empfehlungsvolumen zu betrachten.
Tabelle 1 Erforderliches Stauraumvolumen im Tagebau
Fw Pumpenleistung QGPl [ m³/h ]
[ m² ] 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 288 300
40.000 560 80
60.000 1.560 1.080 600 120
80.000 2.560 2.080 1.600 1.120 640 160
100.000 3.560 3.080 2.600 2.120 1.640 1.160 680 200
150.000 6.060 5.580 5.100 4.620 4.140 3.660 3.180 2.700 2.220 1.740 1.260 588 300
200.000 8.560 8.080 7.600 7.120 6.640 6.160 5.680 5.200 4.720 4.240 3.760 3.088 2.800
240.000 10.560 10.080 9.600 9.120 12.000 8.160 7.680 7.200 6.720 6.240 5.760 5.088 4.800
280.000 12.561 12.081 11.601 11.121 10.641 10.161 9.681 9.201 8.721 8.241 7.761 7.089 6.801
350.000 16.061 15.581 15.101 14.621 14.141 13.661 13.181 12.701 12.221 11.741 11.261 10.589 10.301
400.000 18.561 18.081 17.601 17.121 16.641 16.161 15.681 15.201 14.721 14.241 13.761 13.089 12.801
450.000 21.061 20.581 20.101 19.621 19.141 18.661 18.181 17.701 17.221 16.741 16.261 15.589 15.301
500.000 23.561 23.081 22.601 22.121 21.641 21.161 20.681 20.201 19.721 19.241 18.761 18.089 17.801
550.000 26.061 25.581 25.101 24.621 24.141 23.661 23.181 22.701 22.221 21.741 21.261 20.589 20.301
600.000 28.561 28.081 27.601 27.121 26.641 26.161 25.681 25.201 24.721 24.241 23.761 23.089 22.801
650.000 31.061 30.581 30.101 29.621 29.141 28.661 28.181 27.701 27.221 26.741 26.261 25.589 25.301
700.000 33.561 33.081 32.601 32.121 31.641 31.161 30.681 30.201 29.721 29.241 28.761 28.089 27.801
750.000 36.062 35.582 35.102 34.622 34.142 33.662 33.182 32.702 32.222 31.742 31.262 30.590 30.302
800.000 38.562 38.082 37.602 37.122 36.642 36.162 35.682 35.202 34.722 34.242 33.762 33.090 32.802 Erforderlicher Stauraum Tagebau im [ m³ ]
Fw – Wassereinzugsfläche
Bild 3. Ausschnitt aus dem technischen Datenblatt - Tauchpumpe EMU Typ KS
5

3. Ermittlung des erforderlichen Beckenvolumens – Absetz- und Schlammraumvolumen
Es stellt sich nun die Frage, wie groß der Inhalt des Klärbeckens sein soll.
Dies lässt sich relativ einfach beantworten. Ein Klärbecken muss mindestens in der Lage
sein, ein Wasservolumen, das die eingesetzte Schmutzwasserpumpe innerhalb von 24 h
aus dem Pumpensumpf herauspumpt, aufzunehmen.
( 4. ) Q AR = � Q GLP x 24
Wobei:
Q AR = Absetzraum [m³].
Der so errechnete Absetzraum beinhaltet jedoch
nicht den erforderlichen Schlammraum, der um den
Faktor k = 0,333 das Klärbeckenvolumen erhöht.
( 5. ) Q ESR = Q AR x k
Wobei:
QESR = Erforderliches Schlammraumvolumen [m³].
Das gesamte Beckenvolumen wird also wie folgt
berechnet (Tabelle 2):
( 6. ) Q GAR = Q AR + Q ESR
4. Planung der Klärbecken auf der Grundlage der linearen Darstellung der Soll-Parameter
Tabelle 2. Erforderliche Absetz- und
Schlammraumvolumen
QGPl QAR QESR QGAR
[ m³/h ] [ m³ ] [ m³ ] [ m³ ]
60 1.440 480 1.920
80 1.920 639 2.559
100 2.400 799 3.199
120 2.880 959 3.839
140 3.360 1.119 4.479
160 3.840 1.279 5.119
180 4.320 1.439 5.759
200 4.800 1.598 6.398
220 5.280 1.758 7.038
240 5.760 1.918 7.678
260 6.240 2.078 8.318
280 6.720 2.238 8.958
300 7.200 2.398 9.598
Bild 4 Sedimentationsbecken - erforderliches Absetz-und Schlammraumvolumen
in Abhängigkeit von der Pumpenleistung
Die Bestimmung vom Beckenvolumen ist einer von mehreren Schritten, die in der Planung der Kläranlage in Tonbergbaubetrieben
berücksichtigt werden müssen. Damit der Sedimentationsprozess in einem Klärbecken optimal verlaufen kann, wurden durch das
Institut für gewerbliche Wasserwirtschaft und Luftreinigung e.V., Köln, die Hauptparameter, die den Einfluss auf diesen Prozess
ausüben, ausgearbeitet.
Die Ergebnisse der vorgestellten, linearen Analyse in Abhängigkeit von den oben genannten Vorgabewerten haben die bisher
angewandte technische Berechnungsplanung eines Klärbeckens für den Tontagebau optimiert.
Die tabellarischen Darstellungen – die in diesem Beitrag vorgestellten Soll-Parameter – die anhand der linearen und geometrischen
Optimierung errechnet wurden, ermöglichen dem Anwender auf einen Blick die Auswahl der optimalen Werte im Sinn
der Beckengröße bezogen auf die Beckenbreite, Länge und Tiefe (vgl. Tabelle 10).
Beckenvolumen[ m³ ]
12.000
11.000
10.000
9.000
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
QESR QAR
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Pumpenleistung [ m³ ]
6

4.1 Soll-Beckenquerschnitt
Es ist allgemein bekannt, dass jede lineare Ungleichung geometrisch einen Halbraum im zweidimensionalen Raum eine Halbebene
definiert. Außerdem gilt, dass die Lösungsmenge eines Ungleichungssystems durch die Schnittmenge der Halbräume bestimmt ist,
die durch die einzelnen Ungleichungen definiert sind. Diese Tatsache wird als Grundlage für die vorgestellte Optimierung
der Klärbeckenauswahl dienen.
Die Strömungsgeschwindigkeit in einem Klärbecken als Vorgabeparameter soll zwischen folgenden Werten liegen:
( 7.) 0,12 cm/s � V � 0,15 [cm/s]
( 7. 1 ) 4,3 m/h � V � 5,4 [m/h]
( 7.2 ) V = Q GPL /F soll [m/h]
Wobei:
V = Strömungsgeschwindigkeit [m/h]
F soll = Sollquerschnitt des Beckens [m²]
Daraus resultieren zwei verschiedene Größen des
Beckenquerschnitts:
( 8. ) F soll 1 � Q GPL / V 1 [m²]
( 8.1 ) F soll 2 � Q GPL / V 2 [m²]
Aus dem Diagramm Nr.5, wo die beiden Funktionen (8.) und (8.1)
linear dargestellt wurden, lässt sich entnehmen, dass der Beckenquerschnitt
bei einer Pumpenleistung. Zum Beispiel 160 m³/ h
und abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit einen
Soll-Beckenquerschnitt zwischen 30 m² und 37 m² haben soll
(Tabelle 3). Dies bedeutet, dass sich die Lösungsmenge, bezogen
auf den Beckenquerschnitt auf einer Linie zwischen dem
F- Wert 30 und 37 befindet. Wobei die Lösungsmenge für
den Beckenquerschnitt, die aus dem Diagramm Nr.5 bei
einer bestimmten Pumpenleistung zu entnehmen ist, hier als
das notwendige Minimum gesehen wird. In diesem Zusammenhang
wird jeder größere Beckenquerschnitt als die Soll-Lösungsmenge
bezogen auf die Tab.3, auch die Anforderungen erfüllen können. Wiederum werden die Lösungsmengen, die unterhalb
des notwendigen Minimums für die bestimmte Pumpenleistung liegen, nicht als ausreichend bzw. wirkungsvoll bezeichnet.
4.2 Soll-Beckenbreite
Die Werte der Überlaufkantenbelastung in einem
Klärbecken sollen zwischen 5 und 10 m²/h liegen.
Dies lässt sich wie folgt linear beschreiben:
( 9. ) 5 [m²/h] � Ü kb � 10 [m²/h]
( 9.1 ) Ü kb = Q GPL /B soll [m²/h]
Wobei:
Ü kb = Überlaufkantenbelastung [m²/h].
B soll = Soll-Beckenbreite [m].
Daraus resultiert die Berechnung der Soll-Beckenbreite
( 10. ) B soll 1 � Q GPL / 5 [ m ]
( 10.1 ) B soll 2 � Q GPL / 10 [ m ]
Wobei auch hier, die Lösungsmenge der Beckenbreite
für die bestimmte Pumpenleistung genauso wie im Pkt. 4.1
als das notwendige Minimum zu verstehen
ist (z.B. Diagramm 6 zeigt, dass die Beckenbreite
für eine Pumpenleistung von 160 m³/ h zwischen 16 m
und 32 m liegen soll).
Tabelle 3. Berechnung des Beckenquerschnitts abhängig von der Pumpenleistung
und Strömungsgeschwindigkeit
Soll - Beckenquerschnitt F [ m² ]
Fsoll 1 [ m² ] bei V1 [m/h] � 4,3 9 14 19 23 28 33 37 42 47 51 56 60 65 70
Fsoll 2 [ m² ] bei V2 [m/h] � 5,4 7 11 15 19 22 26 30 33 37 41 44 48 52 56
QGPL [ m³/h ] Pumpenleistung 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Tabelle 4 Berechnung der Soll-Beckenbreite abhängig von der Pumpenleistung und
der Überlaufkantenbelastung
Überlaufkantenbelastung Beckenbreite Bsoll [ m ]
Bsoll 1 bei Ü1 [ m²/h ] � 5 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60
Bsoll 2 bei Ü2 [ m²/h ] � 10 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
QGPl [ m³/h ] Pumpenleistung 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Bild 6
Soll-Breite [ m ]
70
60
50
40
30
20
10
0
Bild 5
Querschnitt [ m² ]
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Soll-Beckenbreite - abhängig von der Pumpenleistung und Überlaufkantenbelastung
B1
B2
Lineare Darstellung des Soll- Beckenquerschnitts abhängig
von der Pumpenleistung
Fsoll 1 [ m² ]
Fsoll 2 [ m² ]
60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Pumpenleistung [ m³ ]
Lösungsraum für
Soll-Beckenbreite
60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Pumpenleistung [ m³ ]
7

4.3 Berechnung der erforderlichen Beckentiefe
Die lineare Ermittlung der Beckentiefe wurde unter Berücksichtigung der Ergebnisse aus der Tab. 3 und Tab. 4
in einer Darstellung wie folgt bezeichnet:
( 11. ) T soll = F / B [ m ]
( 11.1 ) T soll 1 � F soll 1 / B soll [ m ]
( 11.2 ) T soll 2 � F soll 2 / B soll [ m ]
Wobei
T soll = Soll -Beckentiefe
Es gilt:
( 12. ) T soll 1 � T soll � T soll 2
Mithilfe der betrachteten Ungleichungen [11.1] und [11.2] und deren Ergebnisse aus der Tabelle 5 entsteht die graphische
Darstellung der Soll-Beckentiefe im Bild 7. Daraus geht hervor, dass sich die gemeinsame Lösungsmenge der Soll-Beckentiefe,
bezogen auf die aufgeführten Bedingungen, wie auch unter der Berücksichtigung der verschiedenen Pumpenleistungen (von 60
bis 300 m³/h), zwischen 1,18 und 1,83 m befindet. Für die weitere Berechnungsanalyse wurde eine Beckentiefe zwischen 1,2 m
und 1,9 m angenommen. Allerdings berücksichtigt diese Soll-Beckentiefe nicht das vom abgelagerten Schlamm in Anspruch
genommene Volumen. Um die Schlammraumtiefe zu berücksichtigen, wird zumindest empfohlen, die tatsächliche Soll-
Beckentiefe um einen Faktor k T = 3 zu vergrößern.
Aus diesem Grund wird die tatsächliche Sollbeckentiefe T soll unter Berücksichtigung des Bilds 7 wie folgt berechnet (Tabelle 6):
( 13. ) k T x T soll 1 � T soll � k T x T soll 2
( 13.1 ) 3 T soll 1 � T soll � 3 T soll 2
Wobei T soll 1 = 1,2 m und T soll 2 = 1,9 m
Tabelle 5 Berechnung der Soll-Beckentiefe unter Berücksichtigung der Pumpenleistung
QGPL
[ m /
h]
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Bsoll [ m ] 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
F soll
[ m ]
F1 11 T1 1,83 1,38 1,10 0,92
F 2 14 T2 2,33 1,75 1,40 1,17
F1 15 T1 1,88 1,50 1,25 1,07 0,94
F2 19 T2 2,38 1,90 1,58 1,36 1,19
F1 19 T1 1,90 1,58 1,36 1,19 1,06 0,95
F2 23 T2 2,30 1,92 1,64 1,44 1,28 1,15
F1 22 T1 1,83 1,57 1,38 1,22 1,10 1,00 0,92
F2 28 T2 2,33 2,00 1,75 1,56 1,40 1,27 1,17
F1 26 T1 1,86 1,63 1,44 1,30 1,18 1,08 1,00 0,93
F2 33 T2 2,36 2,06 1,83 1,65 1,50 1,38 1,27 1,18
Soll-Beckentiefe T soll [ m ]
F1 30 T1 1,88 1,67 1,50 1,36 1,25 1,15 1,07 1,00 0,94
F2 37 T2 2,31 2,06 1,85 1,68 1,54 1,42 1,32 1,23 1,16
F1 33 T1 1,83 1,65 1,50 1,38 1,27 1,18 1,10 1,03 0,97 0,92
F2 42 T2 2,33 2,10 1,91 1,75 1,62 1,50 1,40 1,31 1,24 1,17
F1 37 T1 1,85 1,68 1,54 1,42 1,32 1,23 1,16 1,09 1,03 0,97 0,93
F2 47 T2 2,35 2,14 1,96 1,81 1,68 1,57 1,47 1,38 1,31 1,24 1,18
F1 41 T1 1,86 1,71 1,58 1,46 1,37 1,28 1,21 1,14 1,08 1,03 0,98 0,93
F2 51 T2 2,32 2,13 1,96 1,82 1,70 1,59 1,50 1,42 1,34 1,28 1,21 1,16
F1 44 T1 1,83 1,69 1,57 1,47 1,38 1,29 1,22 1,16 1,10 1,05 1,00 0,96 0,92
F2 56 T2 2,33 2,15 2,00 1,87 1,75 1,65 1,56 1,47 1,40 1,33 1,27 1,22 1,17
F1 48 T1 1,85 1,71 1,60 1,50 1,41 1,33 1,26 1,20 1,14 1,09 1,04 1,00 0,96 0,92
F2 60 T2 2,31 2,14 2,00 1,88 1,76 1,67 1,58 1,50 1,43 1,36 1,30 1,25 1,20 1,15
F1 52 T1 1,86 1,73 1,63 1,53 1,44 1,37 1,30 1,24 1,18 1,13 1,08 1,04 1,00 0,96 0,93
F2 65 T2 2,32 2,17 2,03 1,91 1,81 1,71 1,63 1,55 1,48 1,41 1,35 1,30 1,25 1,20 1,16
F1 56 T1 1,87 1,75 1,65 1,56 1,47 1,40 1,33 1,27 1,22 1,17 1,12 1,08 1,04 1,00 0,97 0,93
F2 70 T2 2,33 2,19 2,06 1,94 1,84 1,75 1,67 1,59 1,52 1,46 1,40 1,35 1,30 1,25 1,21 1,17
8

Beckentiefe Tsoll [ m ]
2,50
2,40
2,30
2,20
2,10
2,00
1,90
1,80
1,70
1,60
1,50
1,40
1,30
1,20
1,10
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
Bild 7
Aufgrund der „Lebensdauer“ eines Klärbeckens und damit seiner
optimalen Nutzung, die durch das steigende Schlammvolumen
begrenzt ist, wird empfohlen, bei einer Klärbeckenplanung eine
Tiefe T soll aus dem oberen Bereich der graphischen Lösung
anzunehmen zum Beispiel 5 m. Eine solche Auswahl garantiert
nicht nur den positiven Effekt des Sedimentationsprozesses sondern
auch seinen wirtschaftlichen Aspekt, der den Nutzungszeitraum
entsprechend verlängert.
Nach Angaben des Instituts für „Gewerbliche Wasserwirtschaft
und Luftreinhaltung“ in Köln verläuft die Absetzwahrscheinlichkeit
in einem Becken unabhängig von der Beckentiefe, allerdings erhöht
sich bei größerer Tiefe automatisch die Verweilzeit proportional.
4.4 Berechnung der erforderlichen Soll-Beckenlänge
Beckentiefe Tsoll
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
Tn - Beckentiefe bei bestimmter Pumpenleistung
n - Bezeichnung der Pumpenleistung
Angesichts der Feinteiligkeit der Tontrübe, die aus dem Tagebau
in die Klärbecken gepumpt wird, ist neben der Beckenbreite und
-tiefe die Auswahl der Beckenlänge sehr wichtig.
In diesem Zusammenhang hat das Institut für Gewerbliche
Wasserwirtschaft und Luftreinigung zweierlei Empfehlungen,
bezogen auf diesen Wert, vorgeschlagen.
Einerseits soll das Verhältnis von Beckenlänge zu -tiefe etwa
10:1 bis 25:1 betragen, andererseits soll das Verhältnis von
Beckenlänge zu Beckenbreite zwischen 5:1 und 10:1 liegen.
Bezogen auf die Lösungsschnittmengen in einem zweidimensionalen
Raum ist der Zusammenhang im ersten Ansatz zwischen den beiden
Beckenbreite Bsoll [ m ]
Tabelle 6 Berechnung der Soll-Beckentiefe, die auch die Höhe
des Schlammraumes beinhaltet
Tsoll 1 [ m ] 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6
Tsoll 2 [ m ] 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
QGPl [ m³/h ] 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
Vorgaben nicht erkennbar. Erst durch die Anwendung der geometrischen Darstellung wird deutlich, wie die beiden Vorgaben
zueinander stehen.
Unter der Berücksichtigung der Soll-Beckentiefe T soll [ m ] wird die Soll-Beckenlänge L soll [m] wie folgt berechnet:
( 14. ) L soll 1 : T soll � 10 : 1 [ m ] Wobei als Beckentiefe hier die optimale
( 14.1 ) und L soll 2 : T soll � 25 : 1 [ m ] Lösungsmenge für eine Pumpenleistung von 60m³/h
bis 300 m³/h in diese Berechnung mit einbezogen wird.
Tsoll [ m ]
Bild 8
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
T60
T60
T80
T80
T100
T100
T120
T120
T140
T140
T160
T160
T180
T180
T200
T200
T220
T220
T240
T240
T260
T260
T280
T280
T300
T300
Soll-Beckentiefe mit unter der Berücksichtigung des Schlammraumes
Lösungsraum für die Soll-Beckentiefe ist für
jede Pumpenleistung gleich und konstant
T2 [ m ] T1 [ m ]
2,5
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Pumpenleistung [ m³ ]
9

Tabelle 7 Ergebnisse der Ungleichungen (14) und (14.1),
bezogen auf die mathematische Lösungsmenge
L soll 1 [ m ] 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 57
Lsoll 2 [ m ] 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 143
Tsoll [ m ] 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,7
Bild 9
L [ m ]
160
140
120
100
80
60
40
20
0
B
A
Soll-Beckenlänge abhängig von der Soll-Beckentiefe
L1soll L 2soll
Die Ergebnisse der beiden Ungleichungen (14) und
(14.1), bezogen auf die mathematische Lösungsmenge
sind in der Tabelle 7 aufgeführt.
Das Bild 9 zeigt, dass jede Beckenlänge, die aus dem
Lösungsraum ABCD bei bestimmten T soll angenommen
wird, die beiden Voraussetzungen (14) und (14.1)
erfüllen kann.
3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,7
Des Weiteren lässt sich das oben genannte Verhältnis der Beckenlänge zu Beckenbreite wie folgt bezeichnen:
( 15.) L` soll 1 : B soll � 5 : 1
( 15.1 ) und L` soll 2 : B soll � 10 : 1
Bezogen auf die beiden Funktionen ( 15.) und ( 15.1 ) sowie die Ergebnisse aus der Tabelle 4 resultieren die Berechnungen
in der Tabelle 8.
Tabelle 8 Die Ergebnisse der Soll- Beckenlänge in Abhängigkeit von der Beckenbreite und bedingt durch die Pumpenleistung
QGPL
[ m³ ]
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Bsoll [ m ] 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
B1 6 L´1 30 40 50 60
B2 12 L´2 60 80 100 120
B1 8 L´1 40 50 60 70 80
B2 16 L´2 80 100 120 140 160
B1 10 L´1 50 60 70 80 90 100
B2 20 L´2 100 120 140 160 180 200
B1 12 L´1 60 70 80 90 100 110 120
B2 24 L´2 120 140 160 180 200 220 240
B1 14 L´1 70 80 90 100 110 120 130 140
B2 28 L´2 140 160 180 200 220 240 260 280
Erforderliche Beckenlänge, abhängig von der Becken Breite - L` soll [ m ]
B1 16 L´1 80 90 100 110 120 130 140 150 160
B2 32 L´2 160 180 200 220 240 260 280 300 320
B1 18 L´1 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
B2 36 L´2 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
B1 20 L´1 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
B2 40 L´2 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
B1 22 L´1 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
B2 44 L´2 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440
B1 24 L´1 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240
B2 48 L´2 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480
B1 26 L´1 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260
B2 52 L´2 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520
B1 28 L´1 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280
B2 56 L´2 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
B1 30 L´1 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
B2 60 L´2 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600
D
T [ m ]
C
10

Der Zusammenhang zwischen den oben beschriebenen Bedingungen (14), (14.1) und (15), (15.1), bezogen auf die Soll-
Beckenlänge, lässt sich anhand der vorgestellten Ergebnisse (Tabelle 7 und 8) geometrisch in einem zweidimensionalen System
darstellen. Das Bild 10 zeigt, dass sich die Lösungsmengen, bezogen auf die oben genannten Vorgaben in zwei verschiedenen
Halbräumen befinden, nämlich die Räume ABCD und EFGH. Anhand des Bilds 10 lässt sich schnell feststellen, dass die oben
genannten Räume, die aufgrund der verschiedenen Vorgaben entstanden sind, keine direkte Schnittlösungsmenge haben.
Um bei einer Klärbeckenplanung dennoch eine optimale Auswahl aller drei Werte B soll , L soll und T soll zu gewährleisten, werden
die beiden Lösungsräume ABCD und EFGH abhängig von der Pumpenleistung und bezogen auf die gemeinsame
Schnittbeckenlänge optimiert. Dies zeigt das Bild 10. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Räume BCDE und GHJ, geschnitten
durch die Linien DJ und BG eine optimale Auswahl für alle gesuchten Soll-Werte: B soll, L soll und T soll bilden.
Die auf diese Weise durchgeführte
Optimierung der Soll-Werte - Bsoll, Lsoll und Tsoll lässt sich bezogen auf die
angewandte Pumpenleistung wie folgt
interpretieren:
Für eine bestimmte Pumpenleistung
lässt sich aus den optimierten
Lösungsmengen (BCDE und GHJ)
bei einer bestimmten, optimalen
Beckenlänge immer eine bestimmte,
optimale
auswählen.
Beckentiefe und Breite
Allerdings hat die graphische Analyse
der Beckenmaße gezeigt, dass die auf
diese Weise durchgeführte Optimierung
eine Grenze erreicht, die bei einer
Pumpenleistung
liegt (Tabelle 9).
von etwa 280 m³/h
L soll [ m ]
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
Bild 10
C
B
A
T soll
T soll
B soll
B soll
Auswahl der optimalen Soll - Beckenlänge abhängig von der Soll-Tiefe- und Breite
bei einer Pumpenleistung von 140 m³/h
0
3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,7 5,8 12 14 16 18 20 22 24 26 28, 30
Tsoll Bsoll [ m ]
So ist zum Beispiel bei einer Pumpenleistung von etwa 300 m³/h keine gemeinsame Schnittlösungsmenge, bezogen auf
die optimale Beckenlänge entstanden (Bild 11).
In den Tontagebaubetrieben werden in der Praxis Tauch-Wasserpumpen eingesetzt, deren Gesamtleistung deutlich unter
der Optimierungs-grenze von etwa 280 m³/h liegt. Sollte dennoch die gesamte Pumpenleistung höher als die oben genannte
Optimierungsgrenze liegen, könnten die optimalen Beckenmaße auch auf dieselbe Weise ermittelt werden, wobei hier die gesamte
Pumpenleistung auf zwei oder mehrere Klärbecken verteilt werden müsste.
Das Bild 11 zeigt, dass bei einer Pumpenleistung von 300 m³/h keine gemeinsame Schnittlösungsmenge abhängig von
der Beckentiefe und Beckenbreite bezogen auf die optimale Beckenlänge existiert.
640
600
560
520
480
440
400
360
320
280
240
200
160
120
80
40
Bild 11
L soll [ m ]
B
A
T soll T soll
B soll B soll
Auswahl der optimalen Soll - Beckenlänge abhängig von der Soll-Tiefe- und Breite
bei einer Pumpenleistung von 300 m³/h
D
0
3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,7 5,8 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63
F
C E
Tsoll Bsoll [ m ]
D
E
F
G
H
H
G
I
J
11

Tabelle 9 Ergebnisse - Tabellarische Darstellung der Analyse
Pumpen Leistung
Soll-Beckenlänge [ m ]
QGPL [ m³ / h ] 36 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 143
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Bsoll min [ m ] 6 6 6 6 7 8 9 10 11 12
Bsoll max [ m ] 7,2 8 10 12 12 12 12 12 12 12
Tsoll min [ m ] 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 5 4,4 4,8
Tsoll max [ m ] 3,6 4 5 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 8 8 8 8 8 9 10 11 12 13 14 14,3
Bsoll max [ m ] 8 10 12 14 16 16 16 16 16 16 16 16
Tsoll min [ m ] 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,2 5,7
Tsoll max [ m ] 4 5 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 10 10 10 10 10 10 11 12 13 14 14,3
Bsoll max [ m ] 10 12 14 16 18 20 20 20 20 20 20
Tsoll min [ m ] 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,2 5,7
Tsoll max [ m ] 5 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 12 12 12 12 12 12 12 13 14 14,3
Bsoll max [ m ] 12 14 16 18 20 22 24 24 24 24
Tsoll min [ m ] 3,6 3,6 3,6 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,2 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 14 14 14 14 14 14 14 14 14,3
Bsoll max [ m ] 14 16 18 20 22 24 26 26 28,6
Tsoll min [ m ] 3,6 3,6 3,6 4,0 4,4 4,8 4,8 4,8 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 16 16 16 16 16 16 16 16
Bsoll max [ m ] 16 18 20 22 24 26 28 28,6
Tsoll min [ m ] 3,6 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,6 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 18 18 18 18 18 18 18
Bsoll max [ m ] 18 20 22 24 26 28 28,6
Tsoll min [ m ] 3,6 3,8 4,4 4,8 5,2 5,6 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 20 20 20 20 20 20
Bsoll max [ m ] 20 22 24 26 28 28,6
Tsoll min [ m ] 4 4,4 4,8 5,2 5,6 5,7
Tsoll max [ m ] 6 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 22 22 22 22 24
Bsoll max [ m ] 22 24 26 28 28,6
Tsoll min [ m ] 4,4 4,8 5,2 5,6 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 24 24 24 24
Bsoll max [ m ] 24 26 28 28,6
Tsoll min [ m ] 4,8 5,2 5,6 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 26 26 26
Bsoll max [ m ] 26 28 28,6
Tsoll min [ m ] 5,2 5,6 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7
Bsoll min [ m ] 26 26 26
Bsoll max [ m ] 26 28 28,6
Tsoll min [ m ] 5,2 5,6 5,7
Tsoll max [ m ] 5,7 5,7 5,7
12

5. Praktische Voraussetzungen beim Bau eines Sedimentationsbeckens in Tonbergbaubetrieb
Die bisher durchgeführte Optimierungsanalyse wurde hauptsächlich auf der theoretischen Grundlage der Beckenplanung
aufgebaut. Um jedoch ein Klärbecken zu bauen, müssen auch die praktischen Voraussetzungen in die technische Planung mit
einbezogen werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass in den Tonbetrieben die meisten Klärbecken im Erdreich
ausgehoben werden (und nicht im Betonbauweise gebaut werden) wobei eine entsprechende Böschungsneigung der Beckenwände
bei einem Beckenbau zu berücksichtigen ist. Dies wiederum führt dazu, dass der Beckenquerschnitt die geometrische Form eines
Dreiecks oder Trapezes annehmen kann (Bild 12).
Bild 12 Schematische Darstellung der geometrischen Form des Beckenquerschnitts
Tsoll
Tsoll
In der weiteren Optimierungsanalyse der Sollwerte wurde eine Böschungsneigung der Beckenwände von 45° angenommen,
was einem Neigungsfaktor K n = 1 entspricht.
In diesem Zusammenhang werden die Maße der Bodenfläche eines Beckens wie folgt ermittelt:
Die Beckenbreite der Bodenfläche ergibt sich aus:
( 16. ) B BF soll = B soll – 2 x K n x T soll [ m ]
Die Beckenlänge der Bodenfläche
( 17. ) L BF soll = L soll – 2 x K n x T soll [ m ]
Bsoll Bsoll
Zu diesem Zweck wird das erforderliche Beckenvolumen Q EGAR max wie folgt berechnet:
45°
( 18. ) Q EGAR max = [( F k soll max + F BF soll min ) x T soll max ] / 2 [ m³ ] wobei F k soll ist die Beckenklärfläche,
( 18.1 ) Q EGAR min = [( F k soll min + F BF soll max ) x T soll min ] / 2 [ m³ ] F BF soll ist die Beckenbodenfläche
( 19. ) F k soll max = L soll max x B soll max [ m² ]
( 19.1 ) F k soll min = L soll min x B soll min [ m² ]
( 20. ) F BF soll max = L BF soll max x B BF soll max [ m² ]
( 20.1 ) F BF soll min = L BF soll min x B BF soll min [ m² ]
BBF soll
Durch die erzielte Ergebnisse konnte man feststellen, dass nicht jede optimale Lösungsmenge B soll, L soll und T soll (Tabelle 9) bei
einer angenommenen Böschungsneigung der Beckenwände von etwa 45°, den Beckenbau eines Klärbeckens überhaupt ermöglicht,
wodurch eine weitere Einschränkung des Lösungsraumes entstanden ist.
Um die Optimierungsanalyse der Soll-Werte zu beenden muss noch überprüft werden, ob die bisher errechneten Werte der
Beckenmaße für die angenommene Pumpenleistung, das erforderlichen Beckenvolumen, wie auch die weiteren erforderlichen
Parameter erfüllen.
In diesem Zusammenhang wurden die Werte, die nicht den erforderlichen Absetzraum erfüllen auch hier ausgeschlossen.
Die Tabelle 10 enthält die Zusammenstellung der Ergebnisse der optimalen Beckenmaße - B soll, L soll und T soll, abhängig von
der im Tagebau eingesetzten Schmutzwasserpumpe. Auf diese Weise sind neben der optimalen Beckenmaße auch
die entsprechenden dazu gehörenden Parameter auf einen Blick dargestellt.
Somit kann die Planung einer Sedimentationsanlage in einem Tonbergbaubetrieb, bezogen auf ihre geometrische Größe,
auf die tabellarische Auswahl der optimalen Beckenmaße, abhängig von der Pumpenleistung, eingeschränkt werden (Tabelle 10).
Tsoll
Tsoll
45°
13

5.1 Klärflächenbelastung
Die theoretische Klärflächenbelastung ist eine der wichtigsten Parameter, den man bei einem Beckenbau beachten muss.
Die Bemessung der Klärflächenbelastung und nicht die Verweilzeit ist für den Bau eines Klärbeckens ausschlaggebend.
Die Klärflächenbelastung q ft [m/h] hat die Dimensionen einer Geschwindigkeit und wird unter Berücksichtigung
der Ergebnisse aus der Tabelle 10 und abhängig von der Pumpenleistung wie folgt ermittelt:
( 21. ) q ft min � Q GPL / F k soll max [ m/h ]
( 21.1 ) q ft max � Q GPL / F k soll min [ m/h ]
Nachdem die theoretische Klärflächenbelastung ermittelt wurde, ist die Berechnung der weiteren Parameter nur eine Formsache.
Hier handelt es sich um die theoretische Verweilzeit und die Strömungsgeschwindigkeit.
Die Berechnung der beiden Parameter wird mit den unten aufgeführten Funktionen beschrieben.
Die Ergebnisse, bezogen auf die Pumpenleistung und die Beckengröße, sind ebenfalls in der Tabelle 10 enthalten.
5.2 Verweilzeit
Die Verweilzeit Z t [ h ] berechnet sich zu :
( 22. ) Z t min � T min / qF t max [ h ]
( 22.1 ) Z t max � T max / qF t min [ h ]
5.3 Strömungsgeschwindigkeit
Die Strömungsgeschwindigkeit V [ m/h ] berechnet sich zu :
( 23. ) V min � Q GPL / F max [ m/h ] wobei : F = Querschnitt
( 23.1 ) V max � Q GPL / F min [ m/h ]
6. Praktische Gestaltung- und Betrieb der Klärbecken
Die vorgestellten optimierten Beckengrößen in der Tabelle 10 haben einerseits eine große Bedeutung aus der Sicht
des Sedimentationsprozesses, andererseits spiegelt sich die wirtschaftliche Seite einer Kläranlage im Tonbergbau nicht nur in ihrer
Lebensdauer - Betriebszeitraum, sondern auch in der Inanspruchnahme, der dafür vorgesehenen Flächen.
Im Tonbergbau beanspruchen die Tongruben im Vergleich zum Braunkohlebergbau relativ kleine, offene Tagebauflächen,
die im Schnitt zwischen 8 ha und 30 ha liegen. In diesem Zusammenhang kann sich der Tonbergbau eine Klärfläche,
die eine überdimensionale Größe angenommen hätte, nur selten oder überhaupt nicht leisten.
Aus diesem Grund sind die in der Tabelle 10 vorgestellten optimierten Beckengrößen, bezogen auf die Gestaltung, unter
der Berücksichtigung der verschiedenen praktischen Aspekte, wie zum Beispiel verfügbare Flächen für die Kläranlage oder
Anzahl der Becken, wie auch die Möglichkeit der Änderung der optimalen Beckengröße zu betrachten.
Anhand einiger Beispiele wird vorgestellt, dass die beliebige, optimale Beckengröße, die abhängig von der Pumpenleistung
errechnet wurde (s. Tabelle 10), sich so ändern lässt, dass die Hauptparameter des Sedimentationsprozesses keinen negativen
Einfluss auf diesen Prozess ausüben können (Tabelle 11 und 12).
Die Auswahl der Pumpenleistung für einen Tagebau ist grundsätzlich von einem Faktor abhängig:
� der Wassereinzugsfläche; aus dieser Fläche resultiert direkt die theoretische, anfallende Niederschlagsmenge,
woraus der erforderliche Stauraum im Tagebau definiert wird (s. Tabelle 1).
(Wie schnell – in welchem Zeitraum wird der erforderliche Stauraum-Pumpensumpf leer gepumpt hängt natürlich
von der Pumpenleistung ab).
Die Auswahl der Klärbeckengröße, die allerdings bestimmte hydraulische Parameter im Rahmen des Sedimentationsprozesses
erfüllen muss, ist auch hauptsächlich von der Pumpenleistung abhängig (s. Tabelle 10).
14

Die vom Institut für gewerbliche Wasserwirtschaft und Luftreinigung e.V. in Köln durchgeführte Untersuchung
des Sedimentationsprozesses im Tonbergbau und seine resultierende Ergebnisse beziehen sich lediglich auf einzelnen
Klärbecken in dem die hydraulische Soll-Parameter zu Verbesserung dieses Prozesses festgelegt wurden.
Diese Soll-Parametern wurden in der hier vorgestellten Optimierung als Zielwerte angenommen, auf deren Grundlagen die lineare
Basis der Optimierung der technischen Planung der Klärbecken aufgebaut wurde.
Und so z.B. wird für einen Tagebau eine Pumpe von einer Gesamtleistung Q GPL = 140 m³/h benötigt, kann die optimale
Beckengröße laut Tabelle 10 wie folgt angenommen werden:
a) Länge L = 80 [ m ]
Breite B= 16 [ m ]
Tiefe T = 5,7 [ m ]
Beckenvolumen Q EGAR= 5.547 [ m³] entspricht dem erforderlichen gesamten Absetzraum.
oder eine variable Variante
a’) Länge L soll = 110 [ m ]
Breite 14 � B � 22 [ m ]
Tiefe 4,4 � T � 5,7 [ m ]
Beckenvolumen 4.545 � Q EGAR � 9.875 [ m³] entspricht dem erforderlichen gesamten Absetzraum.
Für den weiteren Verlauf der Betrachtung wird die Beckengröße wie im Beispiel „a“ festgelegt.
Die Werte der errechneten Parameter für diese Beckenauswahl laut Tabelle 10 sehen wie folgt aus:
Klärflächenbelastung q ft = 0,11 [ m / h ]
Theoretische. Verweilzeit Z t = 52,1 [h ]
Strömungsgeschwindigkeit V = 2,4 [ m / h ]
Dies entspricht folgender schematisch dargelegter Situation:
QGPL= 140
Beruhigungsbecken
A) Schematische Darstellung eines Klärbeckens
V = 2,4
T = 5,7
Z t = 52
L
q ft = 0,11
B
15

In der Darstellung „A“ und der dazu gehörenden Ergebnisse aus Tabelle 10 werden alle vorgeschriebenen Parametern, bezogen
auf den Sedimentationsprozess, eingehalten und die so errichtete Beckengröße könnte man ohne Bedenken in Betrieb nehmen.
Das Beruhigungsbecken wird in der technischen Berechnung überhaupt nicht berücksichtigt, da es nicht notwendig ist und auch
mit einem entsprechenden Einlaufswerk ersetzt werden kann.
Um jedoch, den Verlauf des Sedimentationsprozesses im Tonbergbau noch mehr zu verbessern, werden in der Praxis sehr oft hinter
dem Beruhigungsbecken zumindest zwei weitere Becken betrieben. In diesem Zusammenhang stellen sich hier folgende Fragen:
� Sollen die Becken parallel oder in einer Reihe (nacheinander) geschaltet werden???
� Wie weit und ob überhaupt kann die optimale Beckengröße verändert werden ohne den Sedimentationsprozess
negativ zu beeinflussen.
Um diese Fragen zu beantworten werden in den vorgestellten Beispielen „B“ und „C“ sowohl die lineare Grundlage
als Optimierungsbasis für die technische Planung als auch die praktische Erfahrung aus dem Tonbergbau gleichzeitig
berücksichtigt.
Im Beispiel „B“ wird die angenommene optimierte Beckengröße - „a“, auf zwei gleichgroße Becken geteilt.
Die Becken werden parallel betrieben, was aus der schematischen Darstellung „B“ deutlich hervor geht.
Um den Sedimentationsprozess in Rahmen der vorgeschriebenen und errechneten Parameter (Tabelle 10) so wenig wie möglich
zu verändern oder sogar negativ zu beeinflussen, wird lediglich eine Teilung der optimalen Beckenlänge vorgenommen und
die optimale Beckenbreite und Tiefe bleiben unverändert.
Somit entstehen zwei Klärbecken, deren Maße wie folgt beschrieben werden:
Becken Nr.1 Becken Nr.2
Beckenlänge L 1 = 0,5L soll und L 2 = 0,5 L soll => L 1 = L 2 => L soll = L 1 + L 2
Beckenbreite B 1 = B soll und B 2 = B soll => B 1 = B 2 = B soll
Beckentiefe T 1 = T soll und T 2 = T soll => T 1 = T 2 = T soll
B) Schematische Darstellung der optimierten Beckengröße – parallele Schaltung zweier Klärbecken
QGPL= 140
Beruhigungsbeck
0,5 x QGPL= 70
0,5 x QGPL= 70
V=? Z t = ?
qFt = ? ; QEGAR =?
T = 5,7
Wie aus der schematischen Darstellung „B“ hervorgeht, ist die Größe der erforderlichen, gesamten Pumpenleistung
Q GPL = 140 m³/h entsprechend der Art der Beckenschaltung berücksichtigt worden.
Dies bedeutet, dass die Pumpenleistung gleichmäßig auf die zwei Klärbecken verteilt wird.
Wie verändern sich in diesem Zusammenhang die Hauptparameter des Sedimentationsprozesses?
Tabelle 11 enthält die Ergebnisse der erforderlichen Sedimentationsparameter, die bei einer Teilung der optimalen Beckenlänge
und einer parallelen Schaltung der Klärbecken, abhängig von der Pumpenleistung, entstehen.
Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass die Teilung der optimalen Beckenlänge - L soll auf zwei gleiche Längen L 1= L 2 und
die parallele Schaltung der Klärbecken keinen negativen Einfluss auf den Sedimentationsprozess ausüben kann.
Im Gegenteil, die optimierte Berechnung der Beckengröße und damit der Sedimentationsparameter, die auf der Basis der linearen
Grundlage berechnet wurden, bleiben einerseits, im Falle der Klärflächenbelastung, Beckenquerschnitt wie auch der theoretischen
Verweilzeit, unverändert.
L1=0,5L
V=? Z t = ?
qFt = ? ; QEGAR =?
T = 5,7
L2=0,5L
B
B
16

Andererseits werden die Parameter, wie zum Beispiel die Klärfläche, Strömungsgeschwindigkeit um 50% reduziert, was auf
die geteilte Pumpenleistung (Q GPL = 0,5 Q GPL) und die parallele Schaltung der Klärbecken zurückzuführen ist.
In diesem Fall wird die verringerte Strömungsgeschwindigkeit einen zusätzlichen positiven Einfluss auf den gravitativen
Sedimentationsprozess ausüben.
Deutlich anderes wird der Sedimentationsprozess im Beispiel „C“ verlaufen – indem die Reihenschaltung von zwei Klärbecken
betrachtet wird.
Um diesen Prozess im Rahmen der vorgeschriebenen und errechneten Parameter (Tabelle 10), ähnlich wie im Beispiel „B“,
so wenig wie möglich zu beeinflussen, wird auch hier lediglich eine Teilung der optimalen Beckenlänge vorgenommen und
die optimale Beckenbreite und Tiefe bleiben unverändert.
Aus der schematischen Darstellung „C“ lässt sich folgendes entnehmen:
� Die optimale Beckenlänge L soll ist geteilt auf zwei Längen L 1 = L 2 wobei L 1= L 2 = 0,5L soll,
� Beide Klärbecken sind mit der erforderlichen Pumpenleistung belastet.
C) Schematische Darstellung der optimierten Beckengröße – Reihenschaltung der Klärbecken
QGPL= 140
Beruhigungsbecke
n
Aus den Ergebnissen der Berechnung des Sedimentationsprozesses (Tabelle 12) geht hervor, dass die Reduzierung
des Beckenvolumens, bezogen auf die Reihenschaltung der Klärbecken – Beispiel „C“, die Hauptparameter der Einzelbecken
entsprechend verändert hat.
Zum Beispiel „V“ – Strömungsgeschwindigkeit, „Z t “– Verweilzeit, oder „q Ft “ - Klärflächenbelastung wurden zwar aus der Sicht
der erzielten optimalen Ergebnisse in Vergleich zur Tabelle 10 negativ beeinflusst, allerdings sind diese Veränderungen so gering
ausgefallen, dass sie nach wie vor den erforderlichen Parameter des Sedimentationsprozesses entsprechen und ohne irgendeinen
Einwand in der praktischen Gestaltung der Klärbecken verwendet werden können.
7. Die Erkenntnisse
V= ? ; Z t = ?
qFt = ? ; QEGAR =?
T = 5,7
L1
V= ? ; Z t = ?
qFt = ? ; QEGAR =?
T = 5,7
Betrachtet man die Ergebnisse aus den Tabellen 11 und 12, könnte man zu dem Schluss kommen, dass die parallele Schaltung
oder Betrieb der Klärbecken (Beispiel „B“) vorteilhafter für den Verlauf eines Sedimentationsprozesses im Vergleich zu der
Reihenschaltung der Becken (Beispiel „C“) ist. Dafür würde der Vergleich der errechneten Ergebnisse in den oben genanten
Tabellen sprechen.
Dennoch hat eine langjährige Untersuchung der Klärbecken, in Bezug auf den abgelagerten Sedimentanteil ergeben, dass das
absetzbare Sediment in beiden Becken beim parallelen Betrieb (Beispiel „B“) den gleichen Volumenstand nach einigen Jahren
erreicht hat. Demzufolge war auch die Wassertrübe in beiden Becken immer gleichwertig.
Anderes hat sich die Situation bei einer Reihenschaltung der Klärbecken erwiesen.
Hier wurde festgestellt, dass das abgelagerte Volumen der absetzbaren Stoffe im ersten Becken um ca. 30% - 40% größer als
in zweitem Becken war. Die Wassertrübe während des Betriebes der beiden Klärbeckenbecken hat auch einen Unterschied
zwischen den beiden Becken erwiesen, und zwar zu Gunsten des zweiten Beckens (hier war die Trübe deutlich geringer
ausgefallen).
Anhand der vorgestellten Erkenntnisse lässt sich ein Widerspruch zu den errechneten Ergebnissen aus den Tabellen 11 und 12
erkennen, der jedoch erst durch die praktischen Erkenntnisse – das Betreiben von Becken, festgestellt wurde.
Unter Berücksichtigung diesen Tatsachen kann die Auswahl der Klärbecken im Bezug auf die Betriebsart völlig dem Bergbaubetreiber
überlassen werden, denn beide Betriebsarten (Reihen- und Paralleleschaltung) des Beckenbetriebes in jedem Fall
die vorgeschrieben wasserrechtliche Anforderungen erfüllen. Allerdings wird aus der Schicht der praktischen Erkenntnisse
die Reihenschaltung der Klärbecken deutliche Vorteile in Bezug auf die absetzbaren Stoffe und die Wassertrübe gegenüber
dem parallelen Beckenbetrieb bringen.
L2
B
17

8. Zusammenfassung
Mit der Anwendung der vorgestellten Optimierung lässt sich die Planung einer Sedimentationsanlage, bezogen auf die Größe
eines Klärbeckens, anhand der beigefügten Ergebnisse aus der Tabelle 10 einfach entnehmen.
Hier wurde die geometrische Größe eines Beckens in Form einer optimalen Länge, Breite und Tiefe, abhängig von
der Pumpenleistung, festgelegt. Der Bau eines Klärbeckens, der anhand der errechneten Größe ausgeführt wird, gewährleistet nicht
nur die optimalen, erforderlichen, technischen Parameter, die in diesem Zusammenhang den Verlauf des Sedimentationsprozesses
sehr positiv beeinflussen, sondern führt auch dazu, dass die wirtschaftliche Nutzung dieser Sedimentationsanlage aus der Sicht
des Bergbauunternehmens, einen optimalen Zeitraum, bezogen auf ihre Lebensdauer, erreichen kann.
Die vorgestellte Optimierung und deren Ergebnisse in der Tabelle 10 können als Grundlage für den Antrag der wasserrechtlichen
Erlaubnis nicht nur im Tonbergbau, sondern abhängig von den Anforderungen auch im gesamten Steine- und Erde-Industriebereich
angewendet werden. Damit ist der Aufwand einer technischen Planung der Sedimentationsanlage maximal reduziert.
Die Anwendung der linearen Grundlage, als Optimierungsbasis für die Auswahl einer Klärbeckengröße, ermöglicht dem Anwender
neben dem oben genanten wirtschaftlichen Effekt, die umweltfreundlichen Aspekte aus der Sicht des Gewässerschutzes auf
dem höchsten Level zu halten.
Ransbach-Baumbach den 02.01.2009
Dr.-Ing. W.S.Groborz
Sibelco Deutschland GmbH
Sältzerstr. 20
D-56235 Ransbach Baumbach
www.sibelco.de
9. Literatur
1. Bloech J. : Lineare Optimierung für Wirtschaftswissenschaftler – Opladen: Westdeutscher Verlag, 1974,
2. Panne van de, C.: Linear Programming and Related Techniques – 2. Auflage, Amsterdam: North Holland, 1976,
3. Alpha C. Hiang : Podstawy ekonomii matematycznej – Warszawa : Państwowe Wydawnictwo Ekonomiczne, 1994,
4. Hinweise für die Gestaltung von Klärbecken zur Reinigung von Tontagebauwässern –Institut für gewerbliche
Wasserwirtschaft und Luftreinhaltung E.V., Köln, 1976,
5. W.S.Groborz : Wasserrechtliche Erlaubnis - WBB Fuchs GmbH, 2005,
6. Entwässerung von Baustellen – Schweizerischer Ingenieur und Architekten Verein SIA 431, Zürich,
7. Technisches Datenblatt Tauchpumpe Flygt 2151,
8. Technisches Datenblatt Tauchpumpe EMU Typ KS 70 Z.
9. W.S.Groborz : Lineare Grundlage als Optimierungsbasis für die technische Planung der Sedimentationsbecken
im Tonbergbau, Verlag VGE - Glückauf 143 (2007) Nr. 10, S. 481 – 490,
10. W.S.Groborz :Praktische Auswahl und Betriebsart der Sedimentationsklärbecken im Tonbergbau,
Verlag VGE – Glückauf 145 (2009) Nr. 10, S. 507-515.
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Tabelle 10 Optimale Klärbeckengröße und seine Sedimentationsparameter abhängig von der Pumpenleistung
Pumpen Leistung QGPL [ m³ / h ] 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
Beckenlänge [ m ] L soll 80 90 70 110 70 110 80 120 80 110 90 110 90 110 100 110 110 120 130 140
Beckenbreite Bsoll min 9 11 11 12 14 16 18 20 22 24 26 26
Bsoll [ m ] Bsoll max 12 12 14 16 14 20 16 24 16 22 18 22 18 22 20 22 22 24 26 28
Beckentiefe Tsoll min 3,6 4,4 4,4 4,8 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,8 5,2 5,6
Tsoll [ m ] Tsoll max 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 6 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bodenflächelänge [ m ] LBF max 82,8 101,2 101,2 110,4 101,2 101,2 101,2 101,2 101,2 110,4 119,6 128,8
Bodenflächebreite [ m ] B BF max 1,8 2,2 2,2 2,4 5,2 7,2 9,2 11,2 13,2 14,4 15,6 14,8
Bodenflächelänge [ m ] L BF min 68,6 78,6 58,6 98,6 58,6 98,6 68,6 108,6 68,6 98,6 78,6 98,6 78,6 98,6 88,6 98,6 98,6 108,6 118,6 128,6
Bodenflächebreite [ m ] B BF min 0,6 0,6 2,6 4,6 2,6 8,6 4,6 12,6 4,6 10,6 6,6 10,6 6,6 10,6 8,6 10,6 10,6 12,6 14,6 16,6
Beckenquerschnitt Fmin 19,4 29,0 29,0 34,6 42,2 51,0 59,8 68,6 77,4 92,2 108,2 114,2
F [ m² ] Fmax 35,9 35,9 47,3 58,7 47,3 81,5 58,7 104,3 58,7 92,9 70,1 92,9 70,1 92,9 81,5 92,9 92,9 104,3 115,7 127,1
Klärfläche Fk soll min 810 1210 1210 1440 1540 1760 1980 2200 2420 2880 3380 3640
Fk [ m² ] Fk soll max 960 1080 980 1760 980 2200 1280 2880 1280 2420 1620 2420 1620 2420 2000 2420 2420 2880 3380 3920
Bodenfläche FBF soll max 149,0 222,6 0,0 222,6 265,0 526,2 728,6 931,0 1133,4 1335,8 1589,8 1865,8 1906,2
FBF [ m² ] FBF soll min 41 47 152 454 152 848 316 1368 316 1045 519 1045 519 1045 762 1045 1045 1368 1732 2135
Beckenvolumen Q EGAR min 1726,3 3151,8 3151,8 4091,9 4545,7 5475 6404,3 7333,6 8262,8 10727 13639 15529
QEGAR [ m³ ] Q EGAR max 2853,3 3212,4 3227,2 6308,6 3227,2 8686,7 4547,3 12108 4547,3 9875,7 6095,5 9875,7 6095,5 9875,7 7871,6 9875,7 9875,7 12108 14568 17256
Klärflächenbelastung q ft max 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08
q ft [ m / h ] q ft min 0,06 0,06 0,08 0,05 0,10 0,05 0,09 0,04 0,11 0,06 0,10 0,07 0,11 0,07 0,10 0,08 0,09 0,08 0,08 0,07
Theoretische Verweilzeit Z t min 48,6 66,6 53,2 57,6 48,4 48,4 48,4 48,4 48,4 57,6 67,6 72,8
Z t [ h ] Z t max 91,2 102,6 69,8 125,4 55,9 125,4 60,8 136,8 52,1 98,5 57,7 86,2 51,3 76,6 57,0 69,0 62,7 68,4 74,1 79,8
Ström. Geschwindigkeit V max 3,1 2,8 3,4 3,5 3,3 3,1 3,0 2,9 2,8 2,6 2,4 2,5
V [ m / h ] V min 1,7 1,7 1,7 1,4 2,1 1,2 2,0 1,2 2,4 1,5 2,3 1,7 2,6 1,9 2,5 2,2 2,4 2,3 2,2 2,2
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Tabelle 11 Veränderung der optimierten Soll-Werten eines Klärbeckens bei zwei Becken, die in einer Parallelschaltung und abhängig von der Pumpenleistung arbeiten, wobei die Beckenlänge L = 0,5 Lsoll
Pumpen Leistung 0,5 x QGPL [ m³ / h ] 60/2 = 30 80/2 = 40 100/2 = 50 120/2 = 60 140/2 = 70 160/2 = 80 180/2 = 90 200/2 = 100 220/2 = 110 240/2 = 120 260/2 = 130 280/2 = 140
Beckenlänge [ m ] 0,5 x L soll 40 45 35 55 35 55 40 60 40 55 45 55 45 55 50 55 55 60 65 70
Beckenbreite Bsoll min 9 11 11 12 14 16 18 20 22 24 26 26
Bsoll [ m ] Bsoll max 12 12 14 16 14 20 16 24 16 22 18 22 18 22 20 22 22 24 26 28
Beckentiefe Tsoll min 3,6 4,4 4,4 4,8 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,8 5,2 5,6
Tsoll [ m ] Tsoll max 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 6 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bodenflächelänge [ m ] LBF max 37,8 46,2 46,2 50,4 46,2 46,2 46,2 46,2 46,2 50,4 54,6 58,8
Bodenflächebreite [ m ] B BF max 1,8 2,2 2,2 2,4 5,2 7,2 9,2 11,2 13,2 14,4 15,6 14,8
Bodenflächelänge [ m ] L BF min 16 21 7 23 7 15 8 12 8 11 9 11 9 11 10 11 11 12 13 14
Bodenflächebreite [ m ] B BF min 0,6 0,6 2,6 4,6 2,6 8,6 4,6 12,6 4,6 10,6 6,6 10,6 6,6 10,6 8,6 10,6 10,6 12,6 14,6 16,6
Beckenquerschnitt Fmin 19,4 29,0 29,0 34,6 42,2 51,0 59,8 68,6 77,4 92,2 108,2 114,2
F [ m² ] Fmax 35,9 35,9 47,3 58,7 47,3 81,5 58,7 104,3 58,7 92,9 70,1 92,9 70,1 92,9 81,5 92,9 92,9 104,3 115,7 127,1
Klärfläche Fk soll min 405 605 605 720 770 880 990 1100 1210 1440 1690 1820
Fk [ m² ] Fk soll max 480 540 490 880 490 1100 640 1440 640 1210 810 1210 810 1210 1000 1210 1210 1440 1690 1960
Bodenfläche FBF soll max 68,0 101,6 0,0 101,6 121,0 240,2 332,6 425,0 517,4 609,8 725,8 851,8 870,2
FBF [ m² ] FBF soll min 10 13 18 106 18 129 37 151 37 117 59 117 59 117 86 117 117 151 190 232
Beckenvolumen Q EGAR min 851,47 1554,6 1554,6 2018,3 2222,5 2667,8 3113,1 3558,4 4003,6 5197,8 6608,6 7532,7
QEGAR [ m³ ] Q EGAR max 1395,4 1574,9 1448,4 2809,5 1448,4 3502,7 1928,9 4534,9 1928,9 3780,8 2477,8 3780,8 2477,8 3780,8 3095,1 3780,8 3780,8 4534,9 5357,4 6248,3
Klärflächenbelastung q ft max 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08
q ft [ m / h ] q ft min 0,06 0,06 0,08 0,05 0,10 0,05 0,09 0,04 0,11 0,06 0,10 0,07 0,11 0,07 0,10 0,08 0,09 0,08 0,08 0,07
Theoretische Verweilzeit Z t min 48,6 66,6 53,2 57,6 48,4 48,4 48,4 48,4 48,4 57,6 67,6 72,8
Z t [ h ] Z t max 91,2 102,6 69,8 125,4 55,9 125,4 60,8 136,8 52,1 98,5 57,7 86,2 51,3 76,6 57,0 69,0 62,7 68,4 74,1 79,8
Ström. Geschwindigkeit V max 1,5 1,4 1,7 1,7 1,7 1,6 1,5 1,5 1,4 1,3 1,2 1,2
V [ m / h ] V min 0,8 0,8 0,8 0,7 1,1 0,6 1,0 0,6 1,2 0,8 1,1 0,9 1,3 1,0 1,2 1,1 1,2 1,2 1,1 1,1
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Tabelle 12 Veränderung der optimierten Soll-Werten eines Klärbeckens bei zwei Becken, die in einer Reihenschaltung abhängig von einer Pumpenleistung arbeiten, wobei die Beckenlänge ist L = 0,5 Lsoll
Pumpen Leistung QGPL [ m³ / h ] 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
Beckenlänge [ m ] 0,5 x L soll 40 45 35 55 35 55 40 60 40 55 45 55 45 55 50 55 55 60 65 70
Beckenbreite Bsoll min 9 11 11 12 14 16 18 20 22 24 26 26
Bsoll [ m ] Bsoll max 12 12 14 16 14 20 16 24 16 22 18 22 18 22 20 22 22 24 26 28
Beckentiefe Tsoll min 3,6 4,4 4,4 4,8 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,8 5,2 5,6
Tsoll [ m ] Tsoll max 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 6 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Bodenflächelänge [ m ] LBF max 37,8 46,2 46,2 50,4 46,2 46,2 46,2 46,2 46,2 50,4 54,6 58,8
Bodenflächebreite [ m ] B BF max 1,8 2,2 2,2 2,4 5,2 7,2 9,2 11,2 13,2 14,4 15,6 14,8
Bodenflächelänge [ m ] L BF min 28,6 33,6 23,6 43,6 23,6 43,6 28,6 48,6 28,6 43,6 33,6 43,6 33,6 43,6 38,6 43,6 43,6 48,6 53,6 58,6
Bodenflächebreite [ m ] B BF min 0,6 0,6 2,6 4,6 2,6 8,6 4,6 12,6 4,6 10,6 6,6 10,6 6,6 10,6 8,6 10,6 10,6 12,6 14,6 16,6
Beckenquerschnitt Fmin 19,4 29,0 29,0 34,6 42,2 51,0 59,8 68,6 77,4 92,2 108,2 114,2
F [ m² ] Fmax 35,9 35,9 47,3 58,7 47,3 81,5 58,7 104,3 58,7 92,9 70,1 92,9 70,1 92,9 81,5 92,9 92,9 104,3 115,7 127,1
Klärfläche Fk soll min 405 605 605 720 770 880 990 1100 1210 1440 1690 1820
Fk [ m² ] Fk soll max 480 540 490 880 490 1100 640 1440 640 1210 810 1210 810 1210 1000 1210 1210 1440 1690 1960
Bodenfläche FBF soll max 68,0 101,6 0,0 101,6 121,0 240,2 332,6 425,0 517,4 609,8 725,8 851,8 870,2
FBF [ m² ] FBF soll min 17 20 61 201 61 375 132 612 132 462 222 462 222 462 332 462 462 612 783 973
Beckenvolumen Q EGAR min 851,47 1554,6 1554,6 2018,3 2222,5 2667,8 3113,1 3558,4 4003,6 5197,8 6608,6 7532,7
QEGAR [ m³ ] Q EGAR max 1416,9 1596,5 1571,4 3079,6 1571,4 4203,6 2198,9 5849,2 2198,9 4765,7 2940,5 4765,7 2940,5 4765,7 3796,1 4765,7 4765,7 5849,2 7046,8 8358,4
Klärflächenbelastung q ft max 0,15 0,13 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08
q ft [ m / h ] q ft min 0,13 0,11 0,16 0,09 0,20 0,09 0,19 0,08 0,22 0,12 0,20 0,13 0,22 0,15 0,20 0,17 0,18 0,17 0,15 0,14
Theoretische Verweilzeit Z t min 24,3 33,3 53,2 57,6 48,4 48,4 48,4 48,4 48,4 57,6 67,6 72,8
Z t [ h ] Z t max 45,6 51,3 34,9 62,7 27,9 62,7 30,4 68,4 26,1 49,3 28,9 43,1 25,7 38,3 28,5 34,5 31,4 34,2 37,1 39,9
Ström. Geschwindigkeit V max 3,1 2,8 3,4 3,5 3,3 3,1 3,0 2,9 2,8 2,6 2,4 2,5
V [ m / h ] V min 1,7 1,7 1,7 1,4 2,1 1,2 2,0 1,2 2,4 1,5 2,3 1,7 2,6 1,9 2,5 2,2 2,4 2,3 2,2 2,2
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