Digitalisierung bei 4.0-Ausrüstung von Bauwerken und Betrieben

Fokus: Stoffrückhalt an Überläufen

DIE (R)EVOLUTION DES STOFFRÜCKHALTS AUF DER ENTLASTUNGSSCHWELLE

Das Thema Gewässerschutz hat in den vergangenen Jahrzehnten mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Sogar die Verschmutzung von Meeren und Gewässern mit Kleinstpartikeln („Mikroplastik“) nimmt in den letzten Jahren durch die verstärkte mediale Berichterstattung einen festen Platz im Bewusstsein der Menschen ein.

Nicht zuletzt durch dieses stark zunehmende Umweltbewusstsein ist es für Betreiber von Kanalnetzen oder Kläranlagen immer wichtiger geworden, der Verschmutzung von Gewässern bestmöglich entgegenzuwirken. Dies ist mit moderner 4.0-Technologie auch für die Feinstoffrückhaltung möglich. Die Evolution des Stoffrückhalts an Überlaufbauwerken hat eine lange Geschichte. Von der ersten Phase ohne jeglichen Stoffrückhalt bis zur 4.0-Technologie mit maximalem Rückhalt, auch von Mikroplastik.

„Entlastungsereignisse“

Wie gelangt Abwasser überhaupt in die Umwelt?

Grund sind sogenannte Entlastungsereignisse. Zu Entlastungen kommt es meistens dann, wenn bei Starkregenereignissen die Leistungs- und Speicherfähigkeit der Kanalnetze und Regenbecken erschöpft sind. Über Entlastungs- bzw. Überlaufbauwerke wird dann Abwasser zur Entlastung von Kanalnetz und Kläranlage in die Gewässer eingeleitet. So wird vermieden, dass das Kanalnetz überlastet wird und Abwasser unkontrolliert in Gebäude zurückstaut oder an Gullydeckeln austritt.

Abb. 1

1950

Bis ca. 1950 wurden für Entlastungsereignisse in der Regel keine Filter- oder Rückhaltevorrichtungen vorgesehen. Das Abwasser gelangte ungefiltert mit all seinen Schmutzstoffen in natürliche Gewässer. Dies schadete nicht nur den Menschen, die mit dem Wasser in Kontakt kamen, sondern auch dem gesamten Ökosystem. Unsere Flüsse waren die Kloaken der Nation. Seit den 1950er Jahren wurden zum Rückhalt von auf der Wasseroberfläche treibenden Schwimmstoffen zumindest feste Tauchwände vor den Überlaufschwellen vorgesehen. Jedoch passieren Feststoffe jeglicher Größe, die tiefer im Wasser zu finden sind, auch die Tauchwände.

1970

Trotz der Ausrüstung mit festen Tauchwänden vor den Wehrschwellen in den Entlastungsbauwerken gelangen Schwimmstoffe in die Gewässer. Der Grund ist die unzureichende Rückhaltewirkung, insbesondere beim Beginn der Entlastung. Die Ursache liegt im freien Bereich zwischen fester Wehrschwelle und Tauchwand. Gerade der erste Entlastungsschwall, der Schwimmstoffe in hoher Konzentration enthält, kann ungehindert mit dem steigenden Wasserspiegel zwischen dem Freiraum Wehrschwelle und Tauchwand hindurch und somit ins Gewässer gelangen. An vielen Einleitungsstellen kommt es zu sichtbaren Verschmutzungen und Ablagerungen von Schwimmstoffen, wie z. B. Plastikmüll. Um dieser Problematik entgegen zu wirken, werden radial aufschwimmende Tauchwände eingesetzt.

1990

Seit den 1990er Jahren sorgen HSR-Feinstabrechen für einen effizienteren Stoffrückhalt. HSR-Feinstabrechen zeichnen sich durch hydraulisch günstige, horizontal angeordnete Patronenstäbe und kleine Spaltweiten im Bereich von 4-8 mm aus. Sie sind stegfrei und damit vollständig kämmbar. Feinstabrechen sind anderen Stoffrückhaltevorrichtungen wie Tauchwänden oder Lochsiebrechen hinsichtlich Stoffrückhalt und hydraulischen Eigenschaften überlegen. Die Rechenfläche bzw. der Durchflussquerschnitt zwischen den Stäben wird durch Harken kontinuierlich freigeräumt. Damit wird erreicht, dass auch bei hohem Rechengutanfall eine Entlastung des Kanalnetzes erfolgen kann.

Abb. 2 Schwimmstoff-Rückhalt an fester Tauchwand
Abb. 3 Radial aufschwimmende Tauchwand im offenen Bauwerk
Abb. 4 HSR-Rechen vertikal auf der Entlastungsschwelle

2020

Das Maximum des Rückhalts und der Filterleistung wird durch die Nutzung des sogenannten Filterkuchens erreicht. Durch Einsatz ausgefeilter Sensorik, Aktorik und intelligenter 4.0-Automatisierungmit IntelliScreen werden Stoffrückhalt und Filterleistung auf das nächste Niveau gehoben, ohne Einschränkungen bei der hydraulischen Leistungsfähigkeit befürchten zu müssen.

Die Rechenautomation erhält dazu alle notwendigen Prozessdaten,um ein Optimum an Stoffrückhalt bei gleichzeitiger hydraulischer Entlastungssicherheit zu gewährleisten – wenn Sie wollen auch unter Berücksichtigung der zu erwartenden Zulaufsituation. Dazu wird die lokale Automation mit dem Niederschlagsportal NiRA.web® oder der Kanalnetzbewirtschaftung IntelliNet verknüpft.

Abb. 5 HSR-Rechen mit aufgebautem Filterkuchen auf der Rechenfläche (HST-TeleCam-Aufnahme)
Abb. 6
Abb. 7

Neuer Fokus Mikroplastik

Das Thema Mikroplastik ist bereits seit den 1970ern bekannt und führte lange ein Schattendasein. Dies hat sich in den letzten Jahren geändert, da Mikroplastik in Form von Nahrung aus dem Meer wieder in die Herkunftsländer zurückkommt. Die fünf Plastikinseln in den Weltmeeren wachsen permanent. Diese Inseln zeigen aber nur einen kleinen Teil des gesamten Problems: Nur 20% des Kunststoffmülls im Meer schwimmen an der Oberfläche und das heißt. bis zu 30 Meter unter der Wasseroberfläche. 80% liegen – zurzeit unwiederbringlich – auf dem Meeresgrund.

Die Konzentration von Plastikpartikeln/m³ in unseren Binnen- und Küstengewässern ist heute erheblich höher als in der Hochsee. Die logische Schlussfolgerung: Kunststoffemissionen müssen zurückgehalten werden, bevor sie die Binnengewässer erreichen! Der wesentliche Anteil der Kunststoffemissionen in Deutschland und in vergleichbaren Industrienationen stammt nicht von Plastiktüten oder -flaschen, sondern von Infrastruktur und Verkehr. Allein der Reifenabrieb macht 30,7% aus.

Die Partikel sind kleiner als 5mm. Der Rückhalt dieser Emissionen ist nicht mit herkömmlicher Technik möglich, sondern bedarf 4.0 Technologie! Einen Beitrag gegen Mikroplastik und andere Schweb- und Feinstoffe leistet bislang nur der HSR-Rechen mit IntelliScreen. Die ökologische Effizienz wird durch den Einsatz eines Intelli-geleiteten Kanalnetzmanagement erheblich gesteigert und findet seine aktuell maximale Leistungsfähigkeit durch die Einbeziehung des Niederschlagsportals NiRA.web®. Diese Systemtechnik von HST führt dazu, dass nur noch ein Bruchteil des Mikroplastiks, das normalerweise über Schwellen unbehandelt abgeschlagen wird, in unsere Gewässer gelangt.

Abb. 8

Systemvergleich: Stabrechen vs. Lochsiebrechen

Der Rechenvergleich (Abb. 8) zeigt die Gegenüberstellung von unterschiedlichen Stab- und Siebflächen mit Spalt- bzw. Lochweiten von je 5mm im Hinblick auf ihre freie Durchflussfläche. Die mittlere Spalte der Tabelle stellt dabei die prozentuale Durchflussfläche je Geometrie dar. Je kleiner die Durchflussfläche (A0) ist, desto größer muss die absolute Rechenfläche sein, um die gleiche freie Querschnittsfläche bereitstellen zu können. Da Rechen im Allgemeinen nicht nur aus der Siebfläche bestehen, sondern mindestens eine Rahmenkonstruktion sowie Mechanismen zur Abreinigung besitzen, ist die reale Fläche aufgrund dieser Bauteile reduziert. Man spricht hierbei von konstruktivem Verbau. Weiterhin ist zu beachten, dass die verschiedenen Flächengeometrien stark unterschiedliche hydraulische Eigenschaften aufweisen. Hierbei gilt vor allem, dass Lochbleche im Vergleich zu Stabgittern deutlich höhere Strömungsverluste erzeugen (vgl. nebenstehende Grafiken). Unter Berücksichtigung dieser Faktoren müssen Lochsiebrechen somit teilweise mehr als doppelt so groß sein wie Stabrechen, um die geforderte Wassermenge ohne zusätzlichen Staudruck entlasten und einen Überstau vermeiden zu können! Zudem sorgt die mechanische Zerkleinerung des Rechenguts am Lochblech („Fleischwolfeffekt“) für ökologische Schäden, da hierdurch u. A. Mikroplastik entsteht. Die ergänzende Grafik verdeutlicht diese Zusammenhänge anhand der erforderlichen Rechenlängen für die verschiedenen Stab- und Siebflächen für einen vorgegebenen Bemessungsfall.

Abb. 9 Druckverteilung vor der Rechenfläche beim Stabgitter (gelb: niedrigerer Energieverlust; orange/rot: höherer Energieverlust)
Abb. 11 Geometriebedingte Strömungsverluste beim Lochsiebrechen
Abb. 10 Druckverteilung vor der Rechenfläche beim Lochblech
Abb. 12 Geometriebedingte Strömungsverluste beim Stabrechen

Anwendungsbeispiele

Abb. 13

Kleiner Schwenk – große Wirkung

In Bottrop wurden drei Entlastungsbauwerke, bestehend aus insgesamt 15 Schwellen, mit Rechenanlagen ausgerüstet. Aufgrund der Geometrie des Kanals wäre ein Zugang zur Rechenvorderseite, z. B. für Wartungszwecke, nur durch das Aufstellen eines Gerüsts möglich. Die innovative Lösung von HST: alle HSR-Rechen lassen sich mit Hilfe einer hydraulischen Schwenkvorrichtung um 90° nach hinten kippen, sodass auch der Zugang zur Rechenfront problemlos möglich ist. Dies erleichtert nicht nur Wartungsarbeiten, sondern reduziert gleichzeitig auch Arbeitszeit und Kostenaufwand.

Abb. 14

Mit Schmutz gegen die Verschmutzung

Im Zulauf einer Kläranlage nahe Frankfurt a. M. setzt man erfolgreich auf den Stoffrückhalt mit HSR-Rechen und der IntelliScreen-Automation. Durch die intelligente Steuerung für das Zusammenspiel „Sensorik – Aktorik“ wird ohne das Risiko eines unzulässigen Rückstaus ein Filterkuchen aufgebaut, mit dem Kleinstpartikel wie Mikroplastik zurückgehalten werden können. Ein wichtiger Beitrag für den Umweltschutz – ermöglicht durch modernste 4.0-Technologie!

Abb. 15

Feinrechen für den Extremfall

Im Kanalnetz der französischen Großstadt Montpellier arbeiten drei HSR-Rechen, die einem besonderen Vorfluter vorgeschaltet sind: dem Mittelmeer. Aufgrund klimatischer und geografischer Gegebenheiten sind die Rechen hier außergewöhnlichen Bedingungen ausgesetzt: lange Trockenwetterperioden werden von extrem starken und schnell aufkommenden Starkregenereignissen gefolgt. Charakteristisch ist hierfür ein sehr hoher Schmutzanfall mit großer Sandanschwemmung. Um für die schnell steigenden und stark schwankenden Wasserspiegel gerüstet zu sein, sind über den Rechen Stauwände installiert. Die Anlagen können dadurch überstaut werden, wodurch sich die Entlastungsmenge durch den größeren Vordruck im Extremfall um mehr als Faktor 2 gegenüber der Bemessungswassermenge erhöht.

Fokus: Abflussregelung

Entwicklung Abflussreglungen

Regenbecken dienen zur Speicherung von Abflussspitzen bei Niederschlag. Zu diesem Zweck müssen die, dem Regenbecken zur Erzeugung eines Einstaus aus dem Kanal zufließenden Wassermengen begrenzt werden. Zu Beginn der Ära der Regenbecken wurden Begrenzung der Abflussmengen statische Abflussdrosseln in Form von kleineren Drossel-Rohren (Abb. 1) oder Drossel-Ventilen (Abb. 2) verwand. Dabei wurde der Querschnitt des Rohres oder der Ventile so bemessen, dass bei maximaler Einstauhöhe im Regenbecken die maximale nach oben begrenzte Abflusswassermenge erreicht wurde. Da der Abfluss eine Funktion der Stauhöhe ist, bedeutet dies, dass bei niedrigeren Einstauhöhen auch geringere Wassermengen als die Sollmenge aus dem Regenbecken abfließen. Daraus resultiert ohne Gegenmaßnahmen eine länger andauernde Entleerung des Regenbeckens. Es wird quasi Zeit verloren und Beckenvolumen nicht optimal genutzt.

Um nun auch bei unterschiedlichen Stauhöhen in den Regenbecken, möglichst den Sollwert konstant abfließen zu lassen wurden Abflussregler anstatt Abflussbegrenzer entwickelt, welche unabhängig von der Einstauhöhe bzw. der Wasserspiegelhöhe im Regenbecken immer einen möglichst gleichen konstanten Abfluss einhielten. Diese Eigenschaft wurde durch die sogenannte Trennschärfe auf Basis der Q/H Kennlinie (Abb. 3) zum Ausdruck gebracht. Diese Abflussregler oder auch immer noch Drosselorgane genannt, waren zunächst rein mechanische Konstruktionen, die über Schwimmermechaniken die Einstau- oder Abflussverhältnisse erkannten und die Abflussöffnung aus dem Regenbecken mechanisch reduzierten oder erweiterten, um den Sollabfluss zu erreichen. (Abb. 4+5)

Im Laufe der Zeit wurden diese rein mechanischen Regler zunehmend durch elektromechanische Regler ersetzt. Grund für diese Entwicklung war:

  1. die zunehmende Elektrifizierung der Regenbecken selbst,
  2. der Wunsch nach kontinuierlichen Messungen, einstellbaren Sollwerten sowie
  3. die Möglichkeit des Einwirkens bei Verlegung oder Fehlfunktionen vor Ort oder aus der Fernen

Herausgebildet und etabliert haben sich heute eine Auswahl elektromechanischer Abflussregler, welche den Wasserstand und/oder die Geschwindigkeit mittels Sensorik (Ultraschall/Radar/magnetisch-induktiv) kontinuierlich erfassen und automatisiert Absperrorgane je nach Einstauhöhe oder Durchflussmenge in die, für den Soll-Abfluss richtige Stellung fahren. Zur weiteren Orientierung bei der Auswahl von geeigneten Abflussregelungen gehen wir nachfolgend auf die spezifischen Anforderungen und Lösungen in Zusammenhang mit der Anwendung an Regenbecken ein. HST-Zangenberg hat das umfassendste Komplettangebot im Bereich Abflussregelung.

Abb. 16 Rohrdrossel
Abb. 17 Drossel-Ventil
Abb. 18 Q/H Kennlinie
Abb. 19 HydroMat-M
Abb. 20 HydroMat-M
Abb. 21 HST bietet ein komplettes Lösungsangebot für Abflussreglung

Einbaumaße bzw. erforderliche Schachtgrößen

Bei Nachrüstungen oder Sanierungen können kompakte Abmessungen von Abflussreglern von Vorteil oder bestimmendes Merkmal sein, z.B. dann, wenn der Neubau eines Schachtes aus Platz-oder Kostengründen nicht in Frage kommt. In solchen Fällen sind der HST HydroMat-E (Abb. 7) und der Alligator (Abb. 9) aus dem Hause HST-Zangenberg die Lösung.
Der HST HydroMat-E zeichnet sich dabei durch geringste bauliche Abmessungen und Investitionen sowie der Möglichkeit zur Nassaufstellung im Oberwasser aus. Die Abflusswerte werden dabei aus den gemessenen Füllständen im Ober und /oder Unterwasser ermittelt. Sofern eine genauere-zuverlässige Durchflussmessung erforderlich ist, kommt der Alligator von HST-Zangenberg mit magnetisch induktivem Durchflussmesser und pneumatischer Regelklappe zum Einsatz. Hier werden kompakte Baumasse mit genauer und zuverlässiger magnetisch-induktiver Durchflussmessung kombiniert.

Abb. 22 HydroMat-E für geringste bauliche Abmessungen und Investitionen
Abb. 23 HydroMat-E im Bauwerk
Abb. 24 Alligator für genaue zuverlässige Durchflussmessung
Abb. 25 Der Alligator - passend für jedes Bauwerk

Mess-bzw. Regelgenauigkeit

Ein weiterer wesentlicher Aspekt, welcher über die Systemauswahl entscheidet, ist das Erfordernis, den Durchfluss genau und zuverlässig zu erfassen. Hier ist zudem noch abzuwägen, ob und in wie weit auch eine Betriebsweise bei Teilfüllung zu berücksichtigen ist. Induktive Vollfüllungsmessgeräte als Komponente einer Abflussregelung wie bei Alligator (Abb. 9, 10, 12), Anaconda (Abb. 11, 14) und HydroMat-Q (Abb. 7) im System sind bei richtiger Anwendung extrem zuverlässig, was die kontinuierliche Messung der Durchflüsse anbetrifft, insbesondere dann, wenn das ganze System werkseitig kalibriert wurde. Die Vollfüllung wird durch Dükerung oder temporären EInstau im geraden Rohr erzeugt. Diese bedarf wiederum einer Vorkehrung zur Verhinderung und Beseitigung von Ablagerungen, wie bei Alligator und Anaconda gegeben.

Beim Einsatz von Teilfüllungsmessgeräten in Abflussregelungen ist die zuverlässige Messgröße Durchfluss nur in Verbindung mit einer Anwendungskalibration und stetiger Nachkontrolle erzielbar. Bei Neubauten bzw. ausreichenden Platzverhältnissen in Schachtbauwerk und höchsten Anforderungen an Genauigkeit und Betriebssicherheit sind die HST-Zangenberg Anacondas unser klarer Favorit. Durch die pneumatischen Quetschventile (Abb. 13, 14) als Absprerr- und Regelorgane handelt es sich aufgrund der absoluten Barrierefreiheit um die sicherste und zuverlässigste Lösung im Abwasserbereich. Wer zusätzlich kontinuierlich nicht nur bei Vollfüllung, sondern auch bei Teilfüllung kontinuierlich messen will, kann die vorgenannten Systeme mit einem EMA-System bzw. der EMA-Funktion erweitern oder auf eine HydroMat-Q oder HQ-Lösungen zurückgreifen. In dieser Konfiguration sind z.B. Kleinstmengen erfassbar und damit Fremdwasserbestimmungen möglich.

EMA-Systeme (Elektronisch-digitale Mengen-Auswertung) nutzen neben einem aktuellen Messwert für die Teilfüllung, Daten und Statistik für eine Bestimmung des genauen Durchflusswertes und ermöglichen auch die Plausibilisierung von Durchflussdaten sowie eine Selbstkalibration von Abflussmessungen und-reglern. HydroMat-HQ-Systeme basieren auf Teilfüllungsmessverfahren mit Füllstand und Geschwindigkeit und sind zur Erhöhung der Messgenauigkeit mit hydraulisch optimalen Parabel-bzw. Eiquerschnitten erhältlich. Dadurch wird auch bei kleinen Trockenwettermengen eine Teilfüllung zur mess- und erfassbaren Größe.

Abb. 26 Anaconda für höchste Anforderungen an Genauigkeit und Betriebssicherheit
Abb. 27 Alligator Kalibration
Abb. 28 Quetschventil Anaconda
Abb. 29 Schwam Quetschventil Anaconda

Betrieb und Wartung

Natürlich gibt es auch, was Betrieb und die Wartung von Abflussreglern von Regenbecken anbetrifft einige Aspekte oder Themen zu berücksichtigen, wie z.B.:

  • die Bedienbarkeit und Bedienmöglichkeiten vor Ort oder auch aus der Ferne
  • die Aufzeichnung und Überwachung aller Prozess bzw. Betriebsdaten vor Ort oder aus der Ferne
  • gesetzliche Prüfungen aufgrund von Selbstüberwachung und Eigenkontrollverordnungen
  • Möglichkeiten der Dauer -und Selbstkalibration
  • die Vor-und Nachteile von Nass-oder Trockenaufstellung
  • Zugänglichkeit zu Sensorik und Aktorik
  • Möglichkeiten des Notbetriebs (Notumlauf und Notfallbedienung)

Durch unsere Erweiterungen IntelliFlow und SCADA.web sind Upgrades auch vorhandener Installationen auf 4.0 Ausrüstungen empfehlenswert

Abb. 30
Abb. 31

Betrieb und Wartung

Die Erweiterung SCADA.web alarmiert bei Störungen, zeigt den aktuellen Prozesszustand an und stellt alle Prozessdaten bereit. Die Erweiterung IntelliFlow ermittelt in Ergänzung zur Messung parallel Durchflussdaten, vergleicht und plausibilisiert diese und ermöglicht bei entsprechenden baulichen Rahmenbedingungen sogar eine automatische volumetrische Kalibrierung.

Die Erweiterung IntelliNet ermöglicht vollständige Automatisierung und Einbindung in die 4.0 Netzbewirtschaftung

Abb. 32

Anwendungsbeispiele

Abb. 33

Abwasserverband Mittleres Wiesental

Vor einem Schneckenhebewerk sollte eine Klappe ersetzt werden. Auf extrem engem Raum wurde eine verlässliche Regelung gesucht, die im Betrieb auch unter Wasser funktioniert.

Da das System am Zulauf eingesetzt werden sollte, waren eine automatische Selbstreinigung sowie eine einfache Reinigungsmöglichkeit Voraussetzungen für eine funktionierende Alltagslösung.

Der kurze Alligator direkt vor dem Schneckenhebewerk verbindet kürzeste Baulänge mit sicherer Regelleistung. Durch selbstständige Verlegungserkennung, den automatischen Spülstoßes sowie das schnelle Hochklappens des Gesamtsystems ist der Alligator optimal auf die Anforderungen des stark verschmutzten Abwassers eingestellt.  

Abb. 34
Abb. 35

Erftverband Bergheim

Vor einem Schneckenhebewerk sollte eine Klappe ersetzt werden. Auf extrem engem Raum wurde eine verlässliche Regelung gesucht, die im Betrieb auch unter Wasser funktioniert.

Da das System am Zulauf eingesetzt werden sollte, waren eine automatische Selbstreinigung sowie eine einfache Reinigungsmöglichkeit Voraussetzungen für eine funktionierende Alltagslösung.

Der kurze Alligator direkt vor dem Schneckenhebewerk verbindet kürzeste Baulänge mit sicherer Regelleistung. Durch selbstständige Verlegungserkennung, den automatischen Spülstoßes sowie das schnelle Hochklappens des Gesamtsystems ist der Alligator optimal auf die Anforderungen des stark verschmutzten Abwassers eingestellt.  

Fokus: Überfallmessung

Einleitung

EU-weit ist der Gewässerschutz in der EU Wasserrahmenrichtlinie gebündelt und für alle europäischen Länder vorgegeben. Die dortigen Bestimmungen stellen relativ grobe Leitlinien dar, die in den nachfolgenden Ebenen (in Deutschland sind dies Bundes- und Landesgesetze sowie kreisweite Satzungen) weiter detailliert und den örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Um die Qualität der Gewässer zu sichern, setzt Deutschland die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) u.a. mit entsprechenden Überwachungsverordnungen um, die in den jeweiligen Bundesländern geregelt sind (z. B. in NRW die SüwVO oder in Bayern EÜV).

Demnach sind die Betreiber verpflichtet, Protokoll über die Quantität und Qualität der ins Gewässer geleiteten Mengen zu führen. Die aktuelle Überprüfung der Einhaltung ist noch nicht bundesweit geregelt und erfolgt deshalb meist nur stichprobenartig. Dies wird sich in naher Zukunft ändern. Erste Bundesländer passen ihre Verordnungen durch neue Gesetze an, wodurch die Überprüfungsanforderungen deutlich verschärft bzw. weiter konkretisiert werden. So wird zum Beispiel im Erlass des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft der Landesregierung Baden-Württemberg‚ Messen an Regenüberlaufbecken exakt definiert, dass Entlastungsmengen und -ereignisse zu messen sind. Dafür ist nunmehr gesetzlich vorgeschrieben, dass alle Regenüberlaufbecken (RÜB) bis Ende 2024 mit entsprechenden Messeinrichtungen auszurüsten sind.

Welche Messeinrichtung wird für eine normgerechte Ausrüstung benötigt? Wo wird die Messeinrichtung an RÜBs befestigt?

Voraussetzungen /Bewertungskriterien

Die besondere Herausforderung an Regenbecken-Überläufen besteht durch die hydraulischen und baulichen Rahmenbedingungen. Die zu erfassenden Wassermengen reichen beim Überlauf von Regenbecken und damit bei der Einleitung von Abwasser in die Gewässer von wenigen Litern bis zu einigen Kubikmetern pro Sekunde. Die mit ausreichender Genauigkeit zuverlässig zu erledigen, überfordert die meisten Messverfahren bzw. ein angemessenes Budget! Die meisten Regenbecken-Überläufe wurden konventionell in Form von festen Wehrschwellen aus Beton hergestellt.

In neuerer Zeit wurden Regenbecken zunehmend, nicht zuletzt zur besseren Stauraumausnutzung oder für den Rückstauschutz bei Hochwasser mit automatisch wirkenden Stauklappen und Wehren sowie Rechenanlagen ausgestattet.

Abb. 37 Entlastungsvarianten
Abb. 36 Kronenformen an festen Wehrschwellen

Lösungen

Grundsätzlich kommen 2 Möglichkeiten zur Überlaufmengenmessung in Frage!

Möglichkeit 1: Einbau von Durchflussmessungen in die Entlastungsleitungen zum Vorfluter

Dies bedeutet i.d.R. den Einbau von Teilfüllungsmessgeräten in Nennweiten von DN 600 bis DN 3000. Derartige Maßnahmen sind technisch und finanziell mehr als anspruchsvoll. Bei den Messverfahren kommen die bei den Abflussregelungen bekannten Verfahren zur Durchflussermittlung – nämlich induktive Durchflussmessungen, Radar-oder Ultraschall – in Betracht.

Möglichkeit 2: Nutzung und Einbau von Füllstands-bzw. Überlaufhöhenmessungen

Dies bedeutet die Erfassung der Überströmungshöhen von festen Wehrschwellen oder Wehrstellungen bei beweglichen Wehren. Die Methode bedarf einer Standard Füllstandsmessung und stellt zweifelsfrei das günstigste Messverfahren dar. Allerdings sind einige Ergänzungen erforderlich, um diesem Verfahren die Genauigkeit und Aussagekraft zu ermöglichen. Diese Aufgabe übernimmt das EMA-System!

Abb. 38 EMA Basiskomponenten und Erweiterungen

Das System (elektronische Mengenauswertung) besteht aus
1. dem EMA Panel zur Installation der Sensorik inklusive Prüf- und Justierhilfen,
2. einer konventionellen Füllstandsmessung der Premiumhersteller als Druck, Ultraschall oder Radarsonde,
3. einem digitalen Höhenbolzen in Form eines induktiven Schalters, welcher die Füllstandsdaten mit einer Referenz versieht,
4. ein EMA Controller inklusive EMA-Software zur transparenten Ermittlung und Auswertung der Überfallmengen und
5. abgestufte EMA-Messprofil für die Installation an Wehrschwellen zur Erhöhung der Genauigkeit.

Abb. 39 Genauigkeitsverbesserung

Messgenauigkeit

    • Die Messwehre können sowohl werkseitig produktkalibriert sein oder eine individuelle Anwendungskalibration auf unserem Prüfstand erhalten.
    • Bei der Anwendungskalibration werden die örtlichen Rahmenbedingungen der Strömung auf einem Prüfstand, soweit möglich, nachgestellt und gehen in eine individuelle EMA-Stützpunktkurve ein
    • Die Berechnung der Wassermengen erfolgt auf Basis der wissenschaftlich anerkannten Methoden. Als Besonderheit ist darauf zu verweisen, dass das von EMA verwandte Formelwerk auch die präzisere Berechnung für Überfallmengen nach de Buat vorsieht. Kritische Betrachtungen zur Berechnung der Überfallmengen an Sonderbauwerken in der Bundesrepublik Deutschland.
    • Die erfolgreiche Anwendung des EMA-Systembaukasten erfordert das exakte Einmessen und Konfigurieren des Systems. Es geht darum ein präzises Laser-Nivellement durchzuführen und zu dokumentieren, um die exakte Beziehung zwischen gemessenem Füllstand, digitalem Höhenbolzen und OK-Überlaufschwelle herzustellen.
    • Dazu wurde ein EMA-Aufmaß/Systemschnitt, Verfahrensanweisungen, Einweisungen und Audits entwickelt sowie Fachleute zur Installation und Inbetriebnahme von EMA-Systemen an Regenbecken ausgebildet.Informieren sie sich über unsere EMA-Systeme und die EMA-Methode.
    • Die Erweiterung SCADA.web alarmiert bei Störungen, zeigt den aktuellen Prozesszustand an und stellt alle Prozessdaten bereit. Die Erweiterung IntelliFlow ermittelt in Ergänzung zur Messung parallel Durchflussdaten, vergleicht und plausibilisiert diese und ermöglicht bei entsprechenden baulichen Rahmenbedingungen sogar eine automatische volumetrische Kalibrierung.Die Erweiterung IntelliNet ermöglicht vollständige Automatisierung und Einbindung in die 4.0 Netzbewirtschaftung

Abb. 40 Stützpunktkurve
Abb. 41 SensoMatic-EMA-Systeme
Abb. 42 Präzises Laser-Nivellement

Anwendungsbeispiele

RÜB Lebach

Das Regenüberlaufbecken in Lebach erfasst die Entlastungsmenge mittels EMA [h]. Hierbei wird die Entlastungsmenge an einer festen Wehrschwelle ermittelt. Mit Hilfe eines stufenförmigen Messprofils und einem Thomson Dreieck kann sogar bei geringen Abfluss, die Entlastungsmenge exakt erfasst werden.  Hierbei wird mit Hilfe von Sensorik und einer dazu erforderlichen Formel die Mengenerfassung unterstützt. Ein wichtiger Vorteil von EMA ist, dass die Berechnung der Entlastungsmenge und die Rohdaten transparent für den Kunden zugänglich sind.

Abb. 43 Regenüberlaufbecken Lebach
Abb. 44

Regelwerke:

  • DWA-A111
  • DWA-M151
  • DWA-A166
  • DWA-M176
  • DWA-M176
  • DWA-M181
  • DWA-M253
  • Praxisleitfaden: Messen, Bewerten & Optimieren

Musterprojekt Anfordern

Bei der Dimensionierung und Konfiguration von Abflussregelungen gibt es zahlreiche weitere Aspekte und Erfahrungen zu berücksichtigen. Einige können wir über unsere Checkliste erfahren, am leichtesten und sicher ist es jedoch im Gespräch mit unseren Fachingenieuren im Planerservice die Rahmenbedingungen und Anwendung im Dialog abzustimmen. Dort können Fragen zur hydraulischen sicheren Bemessung und Auslegung, zur Anordnung, zur Einbringung in das Bauwerk, zur Schaltanlage, zu Anschlüssen und Kabelwegen, zur Prozessüberwachung und Wartung individuell erörtert werden. Mit den gewonnenen Informationen können wir Ihnen dann einen passgenauen und zukunftSicheren Vorschlag ausarbeiten!

Ihr technischer Berater vor Ort!

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