Deutschland
Fremdwasser ein Betriebsproblem
Fremdwassereinträge treten oft unbemerkt, nicht lokalisiert und schwankend auf, abhängig von Niederschlägen und Grundwasserstand. Ein Beispiel für Fremdwasser ist Grundwasser welches durch Undichtigkeiten von Kanal, Schacht oder privatem Hausanschluss in die Kanalisation dringt. Fremdwasser erhöht die Energie- und Betriebskosten für das Heben und das Behandeln des Abwassers, es belastet hydraulische Kapazitäten zusätzlich und kann bis zur hydraulischen Überlastung führen. Es erschwert die Einhaltung der Anforderungen an die Abwasserreinigung. In Regenereignissen führt es bei hydraulischer Überlastung des Kanalnetzes zu erhöhten Emissionen. In der Kläranlage kann Fremdwasser die Reinigungsleistung verringern, unter anderem über größere Abwassermengen mit geringerer Durchlaufzeit und reduzierten Verweilzeiten in Absetzbecken. Durch die älter werdende Kanalinfrastruktur und den zunehmenden Sanierungstau in der Kanalsanierung steigt der Fremdwasseranteil und die Bedeutung als Betriebsproblem nimmt zu. Baden-Württemberg hat als einziges Bundesland die akute Fremdwasserproblematik erkannt und unterstützt mit bis zu 50 % der Kosten die erforderlichen Maßnahmen, auch Messkonzepte.
Fremdwasser vermeiden: Der Anfang ist eine Fremdwassermesskampagne
Der Einstieg in die Fremdwasserbekämpfung beginnt mit der Identifikation eines relevanten Fremdwasseranteils, zum Beispiel über die Jahresschmutzwassermethode. Darauf folgt eine Messkampagne zur Lokalisierung und, falls erforderlich, auch mit einer Quantifizierung des Fremdwassers. Anschließend wird ein bildgebendes Verfahren zur konkreten Lokalisierung und Zustandserfassung genutzt, bevor Sanierungsplanung und Sanierung erfolgen. Abschließend kann der Sanierungserfolg mit einer weiteren Kampagne geprüft, oder alternativ über eine kontinuierliche Messung über Füllstände abgesichert werden. Messkampagnen dienen dabei der Beurteilung des Handlungsbedarfs, als Grundlage für Investitions- und Sanierungskonzepte.
Verfahren der Fremdwasserbestimmung
Für die Fremdwasserbestimmung stehen unterschiedliche Ansätze zur Verfügung, die sich nach Fragestellung und lokalen Gegebenheiten auswählen lassen, zum Beispiel nach dem Bedarf, nur Fremdwasser zu lokalisieren oder zusätzlich belastbar zu quantifizieren und diese Informationen für weitere Fragestellungen zu verwenden. Weitere Faktoren hängen unter anderem von Gefällebedingungen und der Rückstaufreiheit ab.
Füllstandsbasierte Fremdwasserbestimmung (temporär)
Die temporäre füllstandsbasierte Fremdwasserbestimmung zielt auf eine großflächige Lokalisierung, die Identifizierung von Auffälligkeiten und die Erkennung von Fremdwassertrends in Teileinzugsgebieten ab. Sie ist so ausgelegt, dass Installation und Betrieb durch den Betreiber selbst möglich sind, auch da die Installation mit einer Person erfolgen kann und kein Absteigen erforderlich ist. Als Messtechnik werden autarke Füllstandsonden wie NLR oder alternativ NLG II mit i- oder Ri-Sensor als berührungslose Messung im Schachbereich. Die gewöhnliche Dauer einer Messkampagne mit temporären füllstandsbasierten Messungen umfasst drei Monaten. Wartungen fallen in diesem Zeitraum i.d.R. nicht an und auch eine Kanalspülung kann bei installierter Sensorik durchgeführt werden. Die Analyse des Fremdwassers findet durch die Auswertung der Onlinemessdaten durch die Ingenieure statt.
Füllstandsbasierte Fremdwasserbestimmung (kontinuierlich)
Die kontinuierliche füllstandsbasierte Fremdwasserbestimmung baut auf der Auswertung bestehender oder gezielt installierter Füllstandsmessungen auf und dient der Detektion langfristiger Veränderungen sowie der Beobachtung saisonaler hydrologischer Prozesse (Veränderung des Grundwasserspiegels). Sie ist als Langzeitmonitoring ausgelegt, welches die jahreszeitlichen Veränderungen wahrnimmt, mit einer gewöhnlichen Dauer länger als drei Monate bis mehrere Jahre für die Fremdwasserermittlung und einer Betrachtung des Fremdwassers in den unterschiedlichen Teileinzugsgebieten. Die Messtechnik entspricht dem temporären Ansatz, also autarke Füllstandssonden NLR oder NLG II mit i- oder Ri-Sensor. Die Einschränkungen sind identisch mit der temporären füllstandsbasierten Fremdwasserbestimmung, sodass eine Durchflussberechnung, die Verwertbarkeit für weitere Fragestellungen und eine Messdatenplausibilisierung nicht bzw. sehr eingeschränkt möglich sind. Die Messtechnik ist wartungsarm und für eine Kanalspülung muss die Messtechnik nicht ausgebaut werden. Die Ermittlung des Fremdwassers findet automatisiert statt und wird online als Bericht zur Verfügung gestellt.
In Schleswig-Holstein wird die Beschaffung der Füllstandmesstechnik durch das Land gefördert.
Durchflussbasierte Fremdwasserbestimmung (temporär)
Die temporäre durchflussbasierte Fremdwasserbestimmung ist auf die genaue Quantifizierung und die universelle Installation der Messung hin ausgerichtet und eignet sich auch für die Messung in rückstaubehafteten Kanälen. Die Quantifizierung schafft Synergien zu anderen betrieblichen Fragenstellungen. Der Mengenbezug erlaubt über die Fremdwasserbestimmung hinaus eine ganzheitliche Betrachtung im Sinne von Generalentwässerungsplan, Überwachung von Entlastungsbauwerken, Drosselüberprüfung, Verifizierung von Messdaten und Niederschlagsabflussmessung. Als Messsystem wird die portable Durchflussmengenmessung vom Typ NFM 750 mit der Kreuzkorrelationstechnologie und der Regenschreiber vom Typ RMT bzw. RMI eingesetzt. Limitierende Faktoren der Messtechnik im Vergleich zur Füllstandsmessung sind der notwendige Einstieg zur Installation und regelmäßige Wartungen, mit Batteriestandzeiten von vier bis zwölf Wochen und der zwingend erforderliche Ausbau bei Kanalspülungen. Die Installation erfolgt auf der Sohle im Rohr durch die Dienstleistungsabteilung von NIVUS , die SHM.
Die durchflussbasierte Fremdwassbestimmung bietet zusätzliche Nutzenaspekte wie Synergien zur Modellkalibrierung, Netzbewirtschaftung und Identifikation von Fehleinleitern oder Fehlanschlüssen, etwa Drainagewasser, Quell und Bachwasser, fehlangeschlossene Außengebiete, Kühlwasser, fehlerhafte Regenwassereinleitung oder Zufluss über Schachtabdeckungen. Die gewöhnliche Kampagnendauer nur zur Fremdwasserermittlung umfasst ein bis drei Monaten. Der Fremdwasserbericht, die abschließende Analyse, umfasst geprüfte Messwerte (Durchfluss, Füllstand, mittlere Geschwindigkeit und Temperatur) und eine detaillierte Fremdwasserauswertung.
Ausgewählte Methoden der Fremdwasserbestimmung
Folgende Methoden sind in der Bestimmung von Fremdwasser weit verbreitet und werden von NIVUS angewandt:
- Nachtminimum: Der Abflusswerte zum Zeitpunkt des absoluten Tagesminimums an Trockenwettertagen wird als Fremdwasser angesetzt..
- Gleitendes Minimum: Der niedrigste Tagesabflusswert innerhalb eines Zeitfensters von 21 Tagen dem niederschlagsfreien Tag entspricht. An diesem wird das Fremdwasser bestimmt, aus der Differenz des tatsächlichen Abflusses und des Schmutzwasserabflusses.
- Jahresschmutzwassermethode: In der Regel wird das gesamte Einzugsgebiet einer Kläranlage dem Trinkwasserverbrauch gegenübergestellt. Die Differenz stellt den Fremdwassereitrag dar.
Vergleich der Bestimmungsmethoden von Fremdwasser
| Kriterium | Füllstand temporär | Füllstand kontinuierlich | Durchfluss temporär |
|---|---|---|---|
| Fokus | Lokalisierung, Auffälligkeiten, Trend | Langfristige Veränderungen, saisonale Prozesse | Quantifizierung, haltungsscharfe Lokalisierung |
| Dauer | 3 Monate | > 2 Jahre | 1-3 Monate |
| Umsetzung | Durch den Betreiber selbst möglich oder durch Unterstützung von NIVUS | Durch den Betreiber selbst möglich oder durch Unterstützung von NIVUS | Dienstleistungsabteilung |
| Messtechnik |
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| Installation | Kontaktlos im Schacht | Kontaktlos im Schacht | Benetzt im Rohrhttps://nivus.avenit-prod.de/de/fremdwasser#c26997, im Zulauf des Schachtbauwerks stromaufwärts |
| Einschränkungen |
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| Messwerte |
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| Ausgabe | Fremdwasserbericht am Ende der Kampagne | monatlicher Fremdwasserbericht nach 2-3 Monaten | Detaillierte Auswertung nach der Kampagne |
| Vorteile |
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| Zusätzliche Nutzung der Messdaten |
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Fazit
Fremdwasser ist ein Betriebsproblem, weil es Aufwände im Transport und in der Behandlung erhöht und hydraulische Kapazitäten zusätzlich belastet. Um Fremdwasser zu bekämpfen, muss im ersten Schritt die Bestimmung, mindestens die Lokalisierung, besser auch die Quantifizierung, durchgeführt werden, um Sanierungsmaßnahmen sinnvoll zu priorisieren. Die Fragestellung nach dem richtigen Ansatz steht dabei in Abhängigkeit zur Zielstellung. Wenn es ausschließlich um die Bestimmung von grundwasserbürtigem Fremdwasser geht, dann ist dieses mit Füllstandsensoren lokalisierbar und die Umsetzung kann durch die Betreiber eigenständig erfolgen.Wenn die Gefälleverhältnisse des Kanalnetzes besonders hoch oder niedrig sind und nicht nur Fremdwasser identifiziert werden soll, sondern auch andere Messziele verfolgt werden, sind temporäre Durchflussmessungen die bessere Wahl. Darüber hinaus ist eine Erfolgskontrolle der durchgeführten Kanalsanierungen hinsichtlich des Fremdwasseranfalls nur durch eine kontinuierliche füllstandbasierte Fremdwasseranalyse möglich oder eine Kampagne zum Abschluss der Sanierungsmaßnahmen.
Fremdwasser gehört nicht in den Kanal, denn es gilt: Ein Kanal muss dicht sein! Die Quellen zu finden und die passenden Sanierungsmaßnahmen abzuleiten stellt eine wichtige Aufgabe für Betreiber dar.
