Standard- und 4.0 - Ausrüstung für Sanierung und Neubau von Regenbecken Teil 1 von 2

Fokus: Beckenreinigung

Einleitung Beckenreinigung

Die kommunale Abwasserreinigung konnte sich jahrzehntelang auf nahezu konstante Betriebsbedingungen und ausreichende Erfahrung in den abwassertechnischen Betrieben verlassen. Seit einigen Jahren verändern sich die Rahmenbedingungen in immer größere Extreme. Die lang anhaltenden Trockenperioden in den letzten Jahren zeigen, was fehlende Wassermengen und dadurch zu geringer Trockenwetterabfluss für die Beseitigung von Ablagerungen in Kanalsystemen und für den Betrieb in Kanalsystemen und zugehörigen Sonderbauwerken bedeuten können. Auf der anderen Seite erfordern extremere Starkregenereignisse größere Speicherkapazitäten und in der Folge neue Reinigungsstrategien. Noch vor weniger als zwei Jahrzehnten erfolgte die Reinigung von Becken und Stauräumen manuell durch das Betriebspersonal. Dies war nicht nur eine körperliche Belastung, sondern bedeutete auch einen hohen Zeit- und somit Kostenaufwand. Zudem war es je nach Geometrie und Lage des Beckens oder Stauraums mitunter schwierig, alle Stellen zu erreichen und somit ausreichend zu säubern. Konfrontiert mit diesen Herausforderungen und den immer extremeren Bedingungen begann die Entwicklung der mechanischen und automatisierten Beckenreinigung… .
„Becken- und Stauraumreinigung“

 Warum verschmutzen Regenbecken und Stauräume überhaupt? Gerade nach Starkregen und dem damit einhergehenden Einstau von Becken und anderen Speicher-Volumina verbleibt der Schmutz und Schlamm aus den Abwasserkanälen und den Straßen im Becken. Dabei lagert er sich auf der Beckensohle, an den Wänden und bei unterirdischen Speicherräumen sogar bis unter die Decke an.

Abb. 1 Manuelle Reinigung eines Regenbeckens mit Frischwasser

Schwallspülungen oder Strahljets – was ist die richtige Lösung?

Während des Einstaus von Regenbecken sedimentieren, die im Abwasser enthaltenen Feststoffe und lagern sich auf der Sohle des Beckens ab. Die damit nach Einstauende auf der Beckensohle verbleibenden Ablagerungen werden mittels Spül-und Reinigungsvorrichtungen in Form von Schwallspülungen (Abb. 2) oder Strömungserzeugern beseitigt oder präventiv vermieden. Schwallspülungen in Form von Spülkippen, Spülklappen oder Vakuum-Schwallspülungen beseitigen Ablagerungen nach vollständig geleerten Becken durch einen kräftigen Spülschwall.

Die Auswahl der jeweiligen Schwallspültechnik steht meist im Zusammenhang mit den hydraulischen, baulichen und betrieblichen Rahmenbedingungen. Allen gemeinsam ist die Erfordernis einen Spülsumpfes, was insbesondere bei Nachrüstungen zu beachten ist. Spülkippen sind sehr wirtschaftlich bei Bauwerks-und Abwurfhöhen grösser 3 m und benötigen keine baulichen Zusatzräume für Spülwasservorräte wie bei Spülklappen oder Vakuumspülungen. Spülkippen und Vakuum-Schwallspülungen haben einen gemeinsamen betrieblichen Vorteil – Sie befinden sich nicht im Medium und es besteht somit keine Funktionsbeeinträchtigung durch Ablagerungen bzw. Verschmutzung wie bei im Medium angeordneten Klappen. Im Zusammenhang mit dem Einsatz von Schwallspülungen sei auch auf die Geräuschemissionen des Spülens hingewiesen.

Strömungserzeuger für die Beckereinigung arbeiten bereits bei Beginn der Entleerung der Becken, allerdings nur bei sicherer fallender Tendenz. Sie remobilisieren Sedimentationen bzw. vermeiden Ablagerungen durch Strömungserzeugung in den Becken. 2D– und 3D– Strahljets (Abb. 3) reinigen die frei werdende Beckensohle durch einen gerichteten gebündelten Wasserstrahl ab. Der Vorteil der Jet-Lösungen besteht in der weitgehenden Unabhängigkeit von Bauwerkseigenschaften wie Beckenform, Gefälle und Einbauten wie Stützen etc.

Abb. 2 Vakuum-Schwallspülung
Abb. 3 HST 3D-Jet bei Wandreinigung
Abb. 4 AWS Spülschutz
Abb. 5 Spülklappe Entlastung
Abb. 6

Strahljets

1-DIMENSIONAL

(für z. B. Stauraumkanäle, kleine Becken)

Die technisch simpelste, im Reinigungsergebnis gleichzeitig aber auch schwächste Variante zur Reinigung mittels Strömungserzeugern und Belüftern sind starre, eindimensionale Strahlreiniger. Eine Pumpe fördert das eingestaute Wasser in die Injektorgarnitur, über die zugleich Luft angesaugt wird. Das entstehende Luft-Wasser-Gemisch tritt als gebündelter Reinigungsstrahl in einer fest eingestellten Richtung aus und hat dabei eine vergleichsweise geringe Strahlbreite. Diese Art der Reinigung eignet sich daher am besten zur Reinigung von schlauchförmigen/ schmalen Becken sowie von Stauraumkanälen.

Abb. 7 AWS-Strahljet (starr) im Stauraumkanal

2-DIMENSIONAL

für z. B. Regenbecken, Sedimentationsbecken)

Möchte man ein Becken reinigen, welches eine größere Fläche aufweist, so müssten mehrere starre eindimensionale Strahlreiniger nebeneinander aufgestellt werden, um möglichst die ganze Beckensohle mit dem Reinigungsstrahl erreichen zu können. Dies würde hohe Anschaffungs- und Betriebskosten verursachen. Aus diesem Grund wurden zweidimensionale, sogenannte Schwenk-Strahlreiniger als Strömungserzeuger und Belüfter entwickelt. Sie verfügen über einen Schwenkantrieb, der dafür sorgt, dass sich der Reinigungsstrahl horizontal um eine Achse dreht und somit eine große Fläche abdeckt.

Abb. 8 AWS-Schwenk-Strahljet im offenen RRB

3-DIMENSIONAL

(für z. B. große Pumpstationen, zentrale Regenbecken)

Zweidimensionale Beckenreinigung bringen im Vergleich mit manuellen und eindimensionalen Strahlreinigern einen erheblichen technischen Vorteil. Große Teile der Sohlfläche und die untere Wandfläche reinigen 2D-Strahljets. 3D-Strahljets können darüber hinaus die gesamte Wandfläche und die Bauwerksdecke reinigen. Durch dreidimensionale Strahlreiniger wird der Reinigungsbereich stark erweitert. Der mehrdimensionale Bewegungsraum ermöglicht es, nahezu 100 % aller Flächen im Bauwerk zu reinigen. Aufgrund der Flexibilität werden auch Flächen in größeren Entfernungen erreicht.

Abb. 9 Der Reinigungsstrahl des AWS-3D-Strahljets reinigt drei Regenrückhaltebecken auf der Kläranlage Herten
Abb. 10 2-Dimensional
Abb. 11 3-Dimensional

Systemvergleich: 2D vs. 3D

Gegenüberstellung des Bewegungsbereiches und der erreichbaren Reinigungsfläche beim AWS-Schwenk-Strahljet (2D) (Abb. 11) und beim AWS-3D-Strahljet (Abb. 12):

Durch die zusätzliche Dimension (Höhe) erreicht der
3D-Strahljet einen deutlich größeren Reinigungsbereich und sorgt so für eine noch umfänglichere Reinigung.

AWS-Strahljets – Prozess- und Maschinensteuerung IntelliGrid

Ausbaustufen der Automation

Basis: HydroMatic
In der HST-Standardautomatisierung arbeiten Strahljets mit füllstandabhängigen Schaltpunkten. Während des gesamten Betriebs arbeiten Pumpe und Schwenkantrieb, je nach Füllstand, intermittierend oder im Dauerbetrieb. Zusätzlich können Routinebewegungen (z. B. täglich, wöchentlich, etc.) zur Sicherstellung der Betriebsfähigkeit durchgeführt werden.
Stufe I: IntelliGrid
Durch die Eingabe von Verschmutzungsgraden am Display durch den Betreiber oder per Kameraerfassung arbeitet der Strahljet im autarken Modus abhängig vom Verschmutzungsgrad. Die automatische Anpassung der Reinigungsintensität je nach Schwenkstellung ermöglicht eine Energieeinsparung bzw. eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Reinigungsdauer beim Entleeren des Beckens.
Stufe II: IntelliGrid.IoT

Durch die Erweiterung der IntelliGrid-Automation mit Niederschlagsdaten aus Datenportalen wie z. B. NiRA.web® sowie Informationen aus dem Kanalnetz und dem vorgeschalteten Anlagen-Verbund (IntelliNet) lernt die Software aus den Daten und kann vorausschauend entscheiden, ob und in welchem Umfang ein Betrieb notwendig ist.

Abb. 12 HydroMatic
Abb. 13 IntelliGrid
Abb. 14 IntelliGrid.IoT
Abb. 15

Nicht-Intelli-System

Ohne IntelliGrid werden die Strahljets über feste Parameter gesteuert. Jedes Becken hat individuelle Strömungsverhältnisse. Dadurch entstehen Schmutzzonen, welche sich immer weiter aufbauen können. Wird nicht rechtzeitig gehandelt, ist ein Ausfall des gesamten Beckens möglich.

Intelli-Systeme

Mit IntelliGrid lernt das System durch den Betrieb. Die Erfahrungen und Schmutzzonen werden gespeichert und bei dem nachfolgenden Reinigungsereignis wird immer effizienter gereinigt. Saubere Stellen werden nur kurzzeitig gereinigt. Die Bildung von Schmutzanhäufungen werden mit jedem Einstau verringert.
Abb. 16
Abb. 17
Abb. 18

Anwendungsbeispiel

Abb. 19

Fortschrittliche Technik

Direkt neben der Lackierstraße von Porsche in Stuttgart ist ein Zweikammer-Regenbecken gebaut worden. Neben den Edelkarossen wird hier auch das Regenbecken auf Hochglanz gebracht, welches das Oberflächenwasser des Werksgeländes sammelt. Die PKW-Edelmarke setzt, wie auch in der eigenen Produktion, auf Made in Germany. Mit insgesamt sechs AWS-Schwenk-Strahljets wird der geglättete Betonboden von allen Unreinheiten nach einem Regenereignis gereinigt. Die gesamte Becken-Ausrüstung – mit u. a. SECURA-Bodentoren und Edelstahl-Treppen – wurde von HST geliefert und montiert.

Abb. 20
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Modernisierung und Upgrade

Während der Umbaumaßnahmen der oberirdisch gelegenen Kanäle der Emscher Genossenschaft in Dortmund- Scharnhorst wurden nicht nur die Neubauten mit Technik von HST ausgerüstet. Zur Ertüchtigung der Regenbecken auf dem Kläranlagengelände wurden 8 AWS-Schwenk- Strahljets mit Überflur-Schwenk-Antrieben eingebaut. Da die ursprüngliche Reinigungsleistung der alten Aggregate aufgrund der höheren Schmutzlast nicht mehr ausreichte, wurde die Pumpenleistung erhöht. Um möglichst viel Energie zu sparen, sind anstelle von Freistrom-Laufrädern energieeffiziente Einkanal-Laufräder für den Mischwasserbereich installiert.

Abb. 21

Zukunftssichere Entscheidung

Jahrelang gehörte die Abreinigung der Ablagerungen in den Speicherbecken des Kläranlagenzulaufs Aschaffenburg zur täglichen Arbeit. „Normale“ Strahlaggregate konnten diese Verschmutzungen nicht bewältigen. Gerade in dieser Region ist der Zuwachs an Feuchttüchern signifikant. Pumpen sind verstopft und Feuchttücher haben sich im Laufrad schichtweise aufgebaut, bis die Maschine ausgefallen ist. Durch passende Pumpentechnik und optimiert angeordnete Strömungserzeuger werden die Becken nun ohne nachträgliche Reinigung bis zur Entleerung vollständig gereinigt.

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