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Digitale Lösungen für die Wasserwirtschaft

Dank intelligenter Abflussteuerung für jedes Wetter gerüstet

| Autor/ Redakteur: Holger Hanss* / Jörg Kempf

Der 28. Juli 2014 wird den Menschen in Norddeutschland noch lange in Erinnerung bleiben. Stundenlange, heftige Niederschläge richteten große Schäden an. Doch es müssen nicht solche Jahrhundertereignisse sein: Durch den Klimawandel und die zunehmende Flächenversiegelung reichen schon „normale“ Starkregenereignisse oft aus, um die Kanalnetze zu überlasten. Erfahren Sie an einem Best-Practice-Beispiel, wie Sie sich dagegen wappnen können.

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Starkregenereignisse sind nicht nur eine Gefahr für Gebäude und Straßen, sondern auch für die Umwelt. Ein Leuchtturmprojekt zeigt, wie sich das Hochwassermanagement dank einer intelligenten Steuerung optimieren lässt.
Starkregenereignisse sind nicht nur eine Gefahr für Gebäude und Straßen, sondern auch für die Umwelt. Ein Leuchtturmprojekt zeigt, wie sich das Hochwassermanagement dank einer intelligenten Steuerung optimieren lässt.
(Bild: Siemens; ©geargodz/pickup - stock.adobe.com; [M]Herkersdorf)

Der Erftverband ist ein Verbund von rund 250 Mitgliedern aus Kommunen, Kreisen, Elektrizitätswirtschaft, Gewerbe, Industrie, Wasserversorgung, Fischerei, Landwirtschaft und Bergbau. Als Körperschaft des öffentlichen Rechts sorgt der Verband für den wasserwirtschaftlichen Interessenausgleich im Einzugsgebiet der 105 km langen Erft westlich des Rheins zwischen Bonn und Düsseldorf. Hier reinigt der Verband das häusliche Abwasser von rund 750 000 Einwohnern und zusätzlich das Abwasser von Gewerbe und Industrie, das einer Abwasserbelastung von 450 000 Einwohnern entspricht. Zudem engagiert sich der Erftverband auch beim Schutz der Siedlungsgebiete vor Hochwasser – durch Wehranlagen, Hochwasserrückhaltebecken sowie die Kontrolle der Gewässerstrecken und die Beseitigung von Abflusshindernissen, aber auch durch die Förderung des natürlichen Wasserrückhalts in den Einzugsgebieten und Instrumente wie Hochwassergefahrenkarten und Warnsysteme.

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Gerade Starkregenereignisse sind dabei nicht nur eine Gefahr für Gebäude und Straßen, sondern auch für die Umwelt: Die großen Abflussmengen können unter Umständen von den Kanalsystemen nicht mehr bewältigt werden und gelangen ungeklärt in Flüsse und Seen. Dieses Mischwasser ist oft in erheblichem Maß mit Schad- und Nährstoffen belastet und beeinträchtigt die Gewässerqualität. Ein Ziel des Hochwassermanagements beim Erftverband ist es daher, diese Entlastungsmengen so gering wie möglich zu halten – insbesondere durch eine intelligente Steuerung der vorhandenen Speicher- und Pufferkapazitäten im Abwassernetz.

Seit mittlerweile zwei Jahren arbeitet dazu der Erftverband im Einzugsgebiet einer seiner insgesamt 35 Kläranlagen mit einer Abflussteuerung, die in Deutschland wegweisend ist. Die innovative Lösung entwickelten die Verantwortlichen des Erftverbandes in einem vom Umweltministerium NRW (MULNV) geförderten Projekt gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung: Das Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW) war für die Koordination und Planung vom Projekt und das Reporting zu den Behörden zuständig. Die PFI Planungsgemeinschaft Hannover erstellte die Regenwasserprognosen aus den Radardaten und eine Lösung für die Übertragung dieser Daten in den Online-Betrieb der Kanalnetzsteuerung Siwa Sewer von Siemens. Siemens selbst lieferte die technischen Komponenten für die Steuerung und setzte die Lösung vor Ort um.

Pilotprojekt verknüpft Wetter- und Betriebsdaten

Die Ziele des Erftverbandes bei diesem Projekt waren klar umrissen: Als erstes sollte die Entlastungsmenge im Netz reduziert und damit die Gewässergüte positiv beeinflusst werden. Damit verbunden, sollte die Weiterleitung zum Gruppenklärwerk Kenten optimiert und der Retentionsbodenfilter auf der Kläranlage gut ausgelastet werden. Nicht zuletzt sollte das Pilotprojekt auch die Basis dafür legen, dass weitere Anlagen wirtschaftlich mit entsprechenden Lösungen ausgerüstet werden können.

Um die Abflusssteuerung flexibel und bedarfsgerecht an Regenereignisse anpassen zu können, suchten die Projektbeteiligten nach einer Möglichkeit, die Anlagen im Verbund automatisch auf Basis von aktuellen Niederschlagsprognosen steuern zu können. Bislang wurden für ähnliche Problemstellungen lediglich lokale Lösungen oder Steuerungen ohne Online-Datenquelle implementiert, sodass die Projektgemeinschaft in Kenten auch technologisch Neuland betrat.

Das Kanalnetz des Klärwerks Kenten westlich von Köln entwässert mehrere Ortschaften überwiegend im Mischsystem. Das Einzugsgebiet ist relativ flach, sodass die maximale Fließzeit bis zur Kläranlage über zehn Stunden betragen kann.

Aufgrund der langen Nachlauf- und Entleerungszeiten im Netz kommt es außerdem zu langen Einstauzeiten. Gegenwärtig existieren im Gesamteinzugsgebiet der Kläranlage 34 Regenüberlaufbecken sowie vier Regenüberläufe und ein Retentionsbodenfilter, die in Summe ein Speichervolumen von rund 65 000 m3 bereitstellen. Die Kläranlage ist auf einen Mischwasserzufluss von 624 l/s bzw. 54 000 m3 pro Tag ausgelegt. Wenn die Kapazitäten nicht ausreichen, muss das Mischwasser in die Erft und deren Nebengewässer abgegeben werden, wobei die Gewässer unterschiedlich sensibel auf Mischwassereinleitungen reagieren.

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Über den Autor

Jörg Kempf

Jörg Kempf

Chefredakteur, PROCESS - Chemie | Pharma | Verfahrenstechnik