VSA Berufsprüfung Sammlung und Ableitung des Abwassers

Wo die öffentlichen Kanalisationen und die zentralen Abwasserreinigungsanlagen für verschmutztes Abwasser erstellt und wo die davon abweichenden Systeme angewendet werden sollen; In welchen Gebieten nicht verschmutztes Abwasser versickern zu lassen ist. In welchen Gebieten nicht verschmutztes Abwasser in ein oberirdisches Gewässer eingeleitet wird.

Die Gemeinde

Vorteile:

• Nur ein Sammelkanal erforderlich, dabei richten sich die Abmessungen und die Tiefenlage dieses Kanals nach der Lage und der Grösse des Einzugsgebiets und der daraus abzuleitenden Regenwassermenge.
• Keine Fehlanschlüsse von verschmutztem Abwasser.
• Abwässer von Störfällen wie auch allgemeine Verschmutzungen von Plätzen und Strassen werden gefasst.

Nachteile:

• Noch viele Anschlüsse von Sickerleitungen vorhanden;
• Belastung der Gewässer durch Mischwassereinleitungen bei Starkregen.

Vorteile:

• Ein kleiner Kanal für die Ableitung des verschmutzten Abwassers notwendig.
• Keine Belastung der Gewässer durch Mischwassereinleitung.

Nachteile:

• Vielfach zwei Sammelkanäle erforderlich.
• Bei langen Regenwasserableitungen entstehen höhere Baukosten als im Mischsystem. Fehlanschlüsse am Schmutz- wie am Regenabwasserkanal möglich.
• Abwässer von Störfällen wie auch allgemeine Verschmutzungen von Plätzen und Strassen werden, wenn kein Regenbecken vorhanden ist, direkt ins Gewässer eingeleitet.

• Qualität des zu versickernden Abwassers
• Aufbau, Durchlässigkeit und Speichervermögen des Bodens
• Lage des Grundwasserspiegels
• Keine Beeinträchtigung von Nachbargrundstücken
• Zustimmung durch zuständige Behörde

• Der Zweck des öffentlichen Kanalnetzes ist die Sammlung und Ableitung der Abwässer zur zentralen Abwasserreinigungsanlage.
• Es umfasst im wesentlichen die Sammelkanäle mit den Schächten und den Sonderbauwerken wie Pumpwerke, Regenbecken, Entlastungen im und ausserhalb des Baugebiets.
• Die Anlagen sollten sinnvoller weise im öffentlichen Grund liegen.
• Ihre Lage und die Abmessungen sind in einem Kana- lisationskataster einzutragen.
• Die Zuständigkeiten für den Bau, Betrieb und Unterhalt sowie das Eigentum dieser Anlagen sind im Kanalisationsreglement der Gemeinde festgehalten.
• Das Kanalnetz muss nicht nur seiner Funktion genügen, das Abwasser schnell und schadlos aus dem überbauten Gebiet zur Kläranlage abzuleiten, sondern es ist auch so zu konzipieren, dass die erhöhten Anforderungen zum Schutz der ober- und unterirdischen Gewässer wie z.B. die Dichtheit erfüllt werden.
• Im weiteren ist auf die Vorgaben im GEP und auf einen einfachen Unterhalt der Anlagen sowie eine lange Lebensdauer (gegen 80 Jahre) der für die Kanäle verwendeten Materialien zu achten.

Die Regenintensität kommt nur alle 5 resp. 10 Jahre vor. Je häufiger der Regen ist, desto kleinere Regenintensität weist er auf. Man kann also einen Zusammenhang zwischen Regendauer und Regenhäufigkeit feststellen. Mit Hilfe von Regenmessungen und Beobachtungen konnten die Zusammenhänge aufgezeichnet werden und es ergaben sich daraus gewisse Gesetzmässigkeiten, welche in der Folge in Kurven aufgezeichnet wurden.

Alle Abwasseranlagen, welche im Haus oberhalb des Kellerbodens verlegt sind, gehören zur Gebäudeentwässerung.

• Sammelleitungen übernehmen das Abwasser aus Fall-, Anschluss- und Zweigleitungen. Sie sind horizontal und frei verlegt.
• Anschlussleitungen sind Leitungen von Entwässerungsgegenständen zur Zweig-, Fall-, Sammel- oder Grundleitung.
• Fallleitungen sind senkrechte Leitungen, welche durch ein oder mehrere Geschosse führen, über Dach entlüftet sind und das Abwasser einer Grund- oder Sammelleitung zuführen.

Im Gegensatz zur Kanalisation werden die Grundstückentwässerungsanlagen nicht regelmässig gewartet. Die Erfahrung zeigt, dass eine Hauskanalisation erst gereinigt wird, wenn eine Verstopfung aufgetreten ist. Daher werden in diesen Bauwerken grössere Gefälle vorgeschrieben. Normalerweise sollen 3 % eingehalten werden, als Minimalgefälle gilt: 2 % für die Leitungen bis 200 mm und 1 % für Regenwasserleitungen.

Zur Reduktion der Zuflussspitzen zu Versickerungen oder zur Kanalisation kann eine Retentionsanlage für Regenabwasser errichtet werden. Dafür können Gartenweiher, Teichanlagen, Geländemulden, Park- und Vorplätze verwendet oder spezielle Behälter erstellt werden. Die Retention wird dadurch erreicht, dass der Ablauf aus der Anlage kleiner bemessen oder höher angeordnet wird als der Zulauf.

Früher wurde die Kanalisationen anhand des Generellen Kanalisationsprojektes (GKP) geplant. Dabei wurde nur das entsprechende, zu entwässernde Gebiet berücksichtigt. Es zeigte sich nun, dass im Rahmen der neuen Entwässerungsphilosophien ein gesamthaftes Betrachten nötig ist. Dabei sind zu berücksichtigen: Bestehendes Kanalisationsnetz Zukünftige bauliche Entwicklung Versickerungsmöglichkeiten Bestehende Vorfluter (Öffentliche Gewässer, Meteorwasserleitungen, Reinwasserleitungen usw.)

Ortsbeton, Schleuderbetonrohre, Faserzemtrohre, Steinzeugrohre, Kunststoffrohre (PVC, PE)

Für die Kontrolle und den Unterhalt ist eine genügende Anzahl an Kontrollschächten einzubauen. Der Abstand beträgt 60 - 80 m. An folgenden Stellen sind sie ebenfalls vorzusehen: - Kaliberwechsel - Materialwechsel - Gefällswechsel - Richtungsänderungen - Kanalvereinigungen

• Im Pumpwerk sollen so viele Pumpen installiert werden, dass die notwendige Förderleistung auch beim Ausfall einer Pumpe garantiert ist.
• Der Pumpensumpf soll so ausgebildet werden, dass eine vernünftige Einschaltzahl der Pumpen erreicht wird.
• Eine Automatik soll das abwechselnde Einschalten der Pumpen steuern.
• Die Pumpen sollen trocken aufgestellt werden, d.h. sie sollen für die Revision jederzeit zugänglich sein, ohne dass sie aus dem Pumpensumpf herausgehoben werden müssen.
• Nach Möglichkeit sollten Pumpe und Motor eine Einheit sein.
• Lange Antriebswellen führen früher oder später zu Reparaturen.
• Der Pumpen- und Motorenraum sollte überflutungssicher angeordnet sein.
• Die Pumpenlaufzeit und die Förderzeiten sollten registriert werden.
• Für wichtige Pumpwerke ist eine Notstromgruppe vorzusehen, damit das Funktionieren immer gewährleistet ist.
• Ein Notüberlauf für den Pumpensumpf ist notwendig, damit auch beim Reissen aller Stricke der Absicherung nicht die ganze Anlage unter Wasser zu stehen kommt.
• In die abgehende Druckleitung sind Rückschlagklappen und Druckstosssicherungen einzubauen, damit sich die Leitung nicht immer entleert und die beim Schliessen der Klappe auftretenden Stösse aufgefangen werden.

Oftmals kann es nötig ein, dass Abwasser unter einem Hin-dernis, z. B. einem Flusslauf, hindurchgeführt werden muss. Das kann in Form eines Dükers erfolgen. Durch spezielle Konstruktion muss erreicht werden, dass im tiefsten Punkt keine Ablagerung erfolgt und dass im Bauwerk die Wassergeschwindigkeit so gross ist, dass die festen Bestandteile des Abwassers mitgeschleppt werden. Die Forderungen der Reinigung und des Unterhaltes müssen berücksichtigt werden.

Da mit der Entlastung über Regenüberläufe relativ viel, wenn auch verdünntes Abwasser in den Vorfluter gelangt und diesen belastet, ist man dazu übergegangen, zum Schutz des Vorfluters die Entlastung über Regenbecken vorzunehmen.

Diese können drei Funktionen erfüllen:

• Rein volumetrisches Speichern
• Grobes Klären des überlaufenden Mischwassers
• Fangen des ersten Schmutzstosses, der vor allem vom Abspülen der Ablagerungen im Kanal herrührt.

Für alle drei Vorgänge hängt die Wirkung des Regenbeckens in erster Linie vom Verhältnis des Beckeninhaltes zur Grösse des Einzugsgebietes ab.

Je nach Wirkungsweise werden unter dem Sammelbegriff Regenbecken folgende Beckenarten unterschieden:

• Regenüberlaufbecken (RUB)
• Regenrückhaltebecken (RRB)
• Regenklärbecken (RKB)

Regenüberlaufbecken stellen eine Kombination von Regenrückhaltebecken und Regenüberlauf dar; daher ihre Namensgebung. Die beiden Bauteile, Becken und Überlauf, lassen sich getrennt oder in einem Bauwerk vereinigt ausführen.

• Diese Becken besitzen einen Beckenablauf und einen oder mehrere Überläufe.
• Die Regenwasserspitzen werden grob geklärt dem Vorfluter zugeführt und der Beckeninhalt mit den zurückgehaltenen, abgesetzten Stoffen wird zur Kläranlage weitergeleitet.
• Dadurch werden die Abflussspitzen gebrochen und die abzuführende Wassermenge verkleinert.
• Das Regenüberlaufbecken wirkt zunächst, bis zu der für das Anspringen des Überlaufes festgelegten kritischen Regenintensität, als Rückhaltebecken.
• Erst im gefüllten Zustand, bei Überlaufbetrieb, wird es zum durchflossenen Klärbecken.
• Je nach Anordnung im Kanal und je nach den Gefällsverhältnissen können diese Becken im Haupt- oder Nebenschluss betrieben werden.

Im Hauptschluss (HS) betriebene Becken liegen im zur Kläranlage führenden Kanal. Diese Anordnung ist nur bei ausreichendem Gefälle möglich, wenn also die Beckenentleerung nicht erst nach Regenende, sondern ständig und selbsttätig im natürlichen Gefälle Richtung Kläranlage erfolgen kann (erforderliche Höhendifferenz mind. 2 m). Mit Rücksicht auf die max. Durchströmgeschwindigkeit ist der das Becken durchfliessende Mischwasserzufluss klein zu halten und deshalb der Ablauf zur ARA nach Möglichkeit an den Beckenanfang zu legen. Die Trennung der beiden Wasserströme erfolgt im Becken. Der Ablauf muss in den meisten Fällen mit einer Drosselleitung zur Abflussbegrenzung versehen werden.

Im Nebenschluss (NS) betriebene Becken liegen prinzipiell in der zum Vorfluter führenden Ableitung eines Kanalüberlaufes. Der (1 +m)-fache Trockenwetteranfall wird ohne nennenswerten Höhenverlust neben dem Becken Richtung Kläranlage geführt. Die Beckenleerung erfolgt dann erst nach Regenende mit einer Pumpe. Ist jedoch genügend Gefälle vorhanden, lässt sich die Entleerung des Beckens auch durch einen gesteuerten Schieber vornehmen, der sich nach Regenende öffnet. Becken im Nebenschluss sollten erst nach Überschreiten des Zuflusses von (1+m)_QTw beschickt werden.

Regenrückhaltebecken speichern bei starken Regenfällen einen Teil der ankommenden Mischwassermenge und geben sie verzögert und gedrosselt wieder an die Kanalisation ab. Sie verhindert eine Überbelastung von Sammlern und Pumpwerken an den Stellen im Kanalnetz, wo eine Entlas-tung unmöglich oder unerwünscht ist. Solche Becken müssen nicht in der Nähe von Vorflutern liegen, weshalb sie meistens nur einen Ablauf ins Netz besitzen. Für den Fall, dass die der Bemessung zugrunde gelegte Regenhäufigkeit überschritten wird (Katastrophenregen), ist ein Notüberlauf zu empfehlen. Regenrückhaltebecken haben keinen Einfluss auf den Vorfluter, es sind ausschliesslich Wirtschaftlichkeitserwägungen massgebend, welche sich auf die Entwässerungseinrichtungen beziehen.

Regenklärbecken besitzen im allgemeinen nur einen Überlauf zum Vorfluter. Sie dienen der mechanischen Klärung von Regenwasser beim Trennverfahren und weisen in der Regel keinen Bodenablauf auf. Die Entleerung solcher Becken muss ins Schmutzwassernetz erfolgen.

Für den Unterhalt der Becken sind die notwendigen Einrichtungen vorzusehen. Einstiege, Gänge, Gehstege, künstliche Beleuchtung usw. erleichtern die Arbeit bei den Unterhaltsarbeiten. Für die Reinigung der Beckensohlen eignen sich feste Installationen, welche für die einzelnen Beckentypen unterschiedlich sein können. Die gebräuchlichsten sind für kleinere Becken die schlangenrinnenförmig angeordneten Höcker. Für grössere Becken haben sich Spülkippen bewährt, welche entweder mit Frischwasser oder mit Abwasser aus dem Becken betrieben werden.

Das Abwasser wird an der Anfallstelle nicht sofort und frisch abgeleitet (z.B. Klärgrube zwischengeschaltet). Das Abwasser kann im Kanalnetz mangels Sauerstoff, mangels genügendem Gefälle und mangels kurzer Fliesszeit nicht frisch gehalten werden. Es entstehen faulige Schlammablagerungen. Starke Sielhautbildung an den Kanalwänden. Unterstützung der Schwefelwasserstoffbildung durch Abgang von schwefelhaltigen Abwässern aus Industriebetrieben.

Die Hauptbedingungen zur Vermeidung von Geruchsbelästigungen in einem Kanalnetz sind:

• Das Abwasser muss bis zur Kläranlage frisch gehalten werden, so dass sich möglichst keine übel riechenden Schwefelwasserstoffe und andere Fäulniskomponenten bilden können.

Dies gelingt unter den folgenden Voraussetzungen:

• Das häusliche Abwasser muss direkt ohne Zwischenschaltung einer Klärgrube o.ä. abgeleitet werden (Schwemmsystern).
• Durch die Vermeidung von minimalen Leitungsgefällen wird die Aufenthaltszeit im Kanalnetz verkürzt, die Sauerstoffaufnahme begünstigt, faulende Ablagerungen vermieden, die Luftzirkulation gefördert. Periodische Kanalabsturzstellen können diese Vorteile noch verstärken.
• Es ist für eine reichliche Belüftung des Kanalnetzes zu sorgen.

Zu einer gut funktionierenden Kanalbelüftung gehören:

• Überdachentlüftung der Hauskanalisationen. Dies verhindert auch Gasansammlungen und Geruchsbildung in den Häusern.
• Wo irgendwie möglich, Schachtdeckel mit Ventilationsöffnungen.
• Am Ende des Kanalisationsnetzes bei der ARA grosse Kanalöffnung oder Lüftungsschacht anordnen, damit genügend Luft ins Kanalnetz eingesaugt, bzw. ein Anstau von Kanalgasen vermieden werden kann.
• Bei sehr langen Kanalstrecken und wenig Gefälle eventuell künstliche Belüftungsanlage zwischenschalten.
• Bei schwach belasteten Pumpwerken mindestens einmalige Entleerung pro Tag.

Im Kanalnetz und in Spezialbauwerken dürfen keine Schlammablagerungen auftreten. Frische Schlammteile bleiben nur so lange geruchsfrei, als sie von lufthaltigem Abwasser umgeben sind. Können Schlammablagerungen nicht durch bauliche Massnahmen verhindert werden, ist eine regelmässige Reinigung durch den Kanalunterhalt unerlässlich.

Zu geringe Kanalgefälle, bzw. Abwassermengen bei TWA und deshalb zu geringe Fliessgeschwindigkeit.

• Um Ablagerungen von sandigen Anteilen zu vermeiden, sollte eine Abflussgeschwindigkeit von mind. 0,6 m/s gegeben sein.

Bauliche Hindernisse im Kanalnetz:

• zu grosse Fugenabsätze
• vorstehende Hausanschlüsse
• Kanalsenkungen
• Kanalzerstörungen durch Überbelastungen (Verkehr, Erddruck)
• Zerstörung durch Kanalgase und -säuren
• Durch Wasseraussendruck eingepresste Fugendichtungen.

Eingewachsene Hindernisse im Kanalnetz:

• Verwurzelungen von tiefgründigen Bäumen
• Kalkausblühungen bei Undichtigkeit in kalkhaltigem Grundwasser

Zugeführte Hindernisse im Kanalnetz:

• Kiesablagerungen, vor allem von Baustellen abgeschwemmt Sandablagerungen, infolge Fehlen von Tauchbögen bei Schlammsammlern oder bei ungenügendem Entleerungsdienst
• Mörtelablagerungen durch unsachgemässes Anschliessen von Hausanschlüssen oder Abschwemmen von Beton- und Mörtelresten
• Sperrige Hindernisse wie Ruten, Werkzeuge, Steine
• Unerlaubte WC-Abgänge wie Kleidungsstücke, Rasierklingen, Windeln, Kadaver usw.
• Drosselorgane
• Zu stark gedrosselte Schieber, z.B. bei Hochwasserentlastungen, Beckenausläufen usw.

Ablagerungen und Verstopfungen in bestehenden Kanalisationen ist oft schwer beizukommen. In schwerwiegenden Fällen kann unter Umständen nur eine konsequente bauliche Veränderung Abhilfe schaffen.

Daneben bietet sich allerdings eine Vielzahl von Massnahmen an, welche vorbeugend oder sanierend eingesetzt werden kann:

• Periodische Kanalreinigung
• Rechtzeitiges Absaugen der Schlammsammler
• Überwachung der Baustellen
• Einbau von selbsttätigen oder von Hand bedienten Spülwasserschächten
• Einbau von Absperrschützen oberhalb flacher Kanalstrecken zum kurzzeitigen Aufstauen und Spülen von Abwasser
• Einbau von Kiesfangschächten vor Kanalflachstrecken, Pumpwerken usw.
• Beseitigung von vorstehenden Hindernissen

Abrasion ist eine mechanische, örtliche Materialabnutzung, hervorgerufen durch Abfluss von Abwasser-Sand-Gemisch und hohen Fliessgeschwindigkeiten. Vor allem alte Betonrohre, im Extremfall auch neuwertige Spezialbeton- und Asbestzementrohre können bei Abwasserfliessgeschwindigkeiten von > 6 m/s und regelmässigem Sandanfall auf lange Sicht einer Gefährdung ausgesetzt sein. Die in der Praxis beobachteten, allerdings relativ seltenen, Abrasionsschäden beschränken sich meist auf steile Einzugsgebiete mit vielen chaussierten Strassen oder auf Kanalnetze, welche durch andere Einflüsse, wie z.B. chemischer Angriff, bereits teilweise zerstört sind.

Gefährdete Kanalstrecken sollten nicht aus dünnwandigen und nicht sehr abrasionsfesten Faserzementrohren, aber auch nicht aus Beton gebaut werden. Kunststoffrohre (z.B. PE hart) weisen eine bis zu 10 mal höhere und Steinzeugrohre bis zu 5 mal höhere Abrasionsfestigkeit als Beton und Asbestzement auf. In starken Steilstrecken empfiehlt sich in regelmässigen Abständen der Einbau von Absturzschächten zur Energievernichtung. Als vorbeugende Massnahme sind die Schlammsammler, Sandfänge usw. rechtzeitig und regelmässig abzusaugen. Gegebenenfalls sind bauliche Ergänzungen in dieser Richtung notwendig.

Undichte Kanalnetze mit teurem Fremdwasserzufluss bedeuten für viele Gemeinden und Abwasserverbände einen Alptraum. Wenn solche Kanäle in Grundwasser und in dicht überbautem Gebiet liegen, erfordert deren Sanierung enorme Kostenaufwendungen. Auch neuere Kanalisationsanlagen können durch unsachgemässe Ausführung oder infolge schlechter Fugenqualität unverhältnismässig viel Fremdwasser in das Kanalnetz bringen.

Mögliche Ursachen hierfür sind:

• Plastische Fugendichtungen (z.B. Bitumenbänder bei Spitzmuffenrohren), welche mit der Zeit aushärten und durch äusseren Wasserdruck in das Kanalinnere gedrückt werden.
• Verwendung von Betonrohren mit unterschiedlicher Mass- genauigkeit.
• Schächte, welche bei ungenügender Wasserhaltung erstellt wurden
• Zementausschwemmungen während der Betonaushärtung.

Unsachgemässe Hausanschlüsse oder Rohranschlüsse, z.B.

• Anschluss von Kunststoffrohren ohne Manschetten an Schächte oder ohne Futterrohr an Betonkanal, starrer Anschluss, welcher bei Setzungen reisst usw. Anschluss von Sicker- oder Drainageleitungen an Abwasserkanalisationen.
• Risse infolge Überbelastung, starker Setzungen oder Verlegesünden.
• Risse in nicht einbetonierten Kunststoffdruckleitungen infolge Wasserdruck mit punktförmiger Überbelastung von aussen (z.B. durch anliegenden Stein in der äusseren Umbettung).
• Dies kann auch erst später durch Ausschwemmung des Sandbettes geschehen.
• Fehlanschlüsse.

• Sandtreiben im Kanal
• Einsacken des Terrains
• Hohe Wasserführung auch bei TWA und in der Nacht
• Dauernd tiefer Zulaufbelastungen
• Langer Wassernachlauf nach Regenfällen.

Undichtigkeiten können nicht nur unerwünschtes Fremdwasser zuführen, sondern in trockenen Böden auch Abwasser verlieren und zu Infektionen des Grundwassers führen. Eine erhöhte Gefahr besteht diesbezüglich bei Abwasser-Druckleitungen.

Nebst der Neuerstellung von nicht mehr sanierungswerten, undichten Kanalstrecken gibt es verschiedene, zum Teil allerdings recht teure Sanierungsmethoden:

• Örtliche Abdichtung vom Kanalinnern her.
• Ausgraben der undichten Rohrstelle unter Anwendung entsprechender Grabenspriessung und Wasserhaltung, Einbringen eines dichten Umhüllbetons.
• In hartnäckigen Fällen kann die undichte Stelle vom Kanalinnern oder vom Gelände aus mit Zementinjektionen abgedichtet werden. Der einschlägige Markt kennt auch verschiedene chemische Dichtungsmittel. Bei entsprechendem Ausmass können Injektionen zusätzlich schwache und gerissene Rohre verstärken und entlasten.
• Die Abdichtung von undichten Stellen selbst bei fliessendem Abwasser kann auch mit modernen Injektionsgeräten ausgeführt werden.
• Einziehen von Kunststoffrohren oder Polyesterbeschichtung mit neuem Einspülverfahren.
• Abfangen und separates Ableiten von unzulässigem Sicker- und Drainagewasser.

Zement- und betonaggressive Wasser und Stoffe:

• Die Zerstörung von Beton durch aggressives Wasser findet entweder durch eine chemische Auflösung und anschliessende Auswaschung oder durch eine chemische Volumenvergrösserung einzelner Betoninhaltsstoffe statt.
• Je poröser und weicher ein Beton gefertigt ist, um so besser können aggressive Abwässer und Stoffe angreifen.

Chemischer Angriff auf Kunststoffprodukte:

• Gewisse Chemikalien, vorab Lösungsmittel, sind in der Lage, bei konzentriertem und längerem Anfall auch Rohrmaterial aus Kunststoff sowie plastisches oder elastisches Fugendichtungsmaterial anzugreifen oder zu zerstören.
• Selbstverständlich kommen in der Kanalisationspraxis selten und ohnehin nicht über lange Zeit derart stark konzentrierte Abgänge vor.
• Dennoch gilt es zu bedenken, dass auch dünnere Konzentrationen bei Dauereinwirkung Schäden verursachen können.

Biologische Zersetzung von Baustoffen: 

• Fugenkitte auf Thiokolbasis unter gärenden Schlammablagerungen innert weniger Jahre durch biologischen Abbau zersetzt werden.