Fortbildungsveranstaltung der DWA / BWK am 24 11 1010

ifa consult gmbh

DWA / BWK am 24.11.1010

G h d K i bl iGeruchs- und Korrosionsprobleme in

EntwässerungssystemenEntwässerungssystemen

Von: Dipl. Ing. Wolfgang Bühler, Neustadt a.d. Weinstraße

Vorstellung:ifa consult gmbh

Wolfgang Bühler:

Inhaber der i f a consult gmbhLandauer Straße 109

67434 Neustadt a. d. Weinstraße

Tel.: 0 63 21 / 91 81 – 0

E-Mail: w.buehler@ifa-consult.de

Verteilung der Häufigkeit von Geruchsproblemen in NRW

ifa consult gmbh

Geruchsproblemen in NRWGrößenklasse der Stadt Gemeinde Geruchsprobleme vereinzelte Geruchsproblemep p

(n=344) vorhanden Geruchsprobleme kein Thema

Anzahl in % GK Anzahl in % GK Anzahl in % GK

> 400 000 3 60% 2 40% 0 0%

< 400 000 4 36% 5 45% 2 18%

< 200 000 7 50% 5 36% 1 7%< 200 000 7 50% 5 36% 1 7%

< 100 000 5 13% 25 66% 8 21%

< 50 000 7 5% 83 65% 38 30%

< 20 000 8 6% 76 61% 40 32%

< 10 000 2 9% 6 26% 15 65%Gesamt 36 10% 202 59% 104 30%Gesamt 36 10% 202 59% 104 30%

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2. Schwefelumwandlung inDruckrohrleitungen

Umwandlung von Sulfaten bei anaeroben Verhältnisse im Ab-wasser zu H2S. 2

Infolge von Sielhaut-bildung wird der Um-setzungsprozess beschleunigt.

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Sielhaut bei Druckleitungen

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Geruchsbelästigung bei DruckleitungenDruckleitungen

Da die Schwefelverbindungen zu den geruchsintensiven

Stoffen gehört, wird H2S als deren LeitparameterStoffen gehört, wird H2S als deren Leitparameter

verwendet:

Geruch nach faulen Eiern“„Geruch nach faulen Eiern

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Theoretische Grundlagen:

Die H S Produktion in Druckrohrleitungen hängtDie H2S-Produktion in Druckrohrleitungen hängt u. a. von folgenden Faktoren ab:

Ph-Wert

Temperatur

Abwassermenge Abwassermenge

Aufenthaltszeit

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Grenzwerte H2S-Konzentration:

ppm H2S Wirkungpp 2 g

0,002 - 0,15 GeruchsschwelleG ä3 - 5 Deutliche Geruchsbelästigung

10 MAK - Wert10 - 20 Sehstörung10 - 20 Sehstörung50 - 100 Ernsthafte Augenschäden150 - 250 Verlust des Geruchssinnes300 - 500 Ernsthafte Schädigung der Atemwege500 - 1.000 Tödliche Gefahr

1 000 T d> 1.000 Tod

Probleme bei Druckleitungen:ifa consult gmbh

• Geruchsprobleme

K i bl• Korrosionsprobleme(bei Beton: 10 mm/a Korrosions-(bei Beton: 10 mm/a Korrosions

rate bei 3 ppm H2S)

Übersicht Regelwerke:ifa consult gmbh

DWA Arbeitsblatt A 116 – 2 (DIN EN

)Druckentwässerung außerhalb von G ä S1671) Gebäuden, Ausgabe September 2007

Druckluftgespülte Abwassertransport-DWA Arbeitsblatt A 116 – 3 (DIN EN 1671):

Druckluftgespülte Abwassertransport-leitungen; In Bearbeitung; Gelbdruck geplant Ende 2010 / Angang 20111671): g p g g

DWA Arbeitsblatt Planung und Bau von Abwasserpump-DWA ArbeitsblattATV - A 134: anlagen; Ausgabe Juni 2006

Entwässerungssysteme außerhalb vonDIN EN 752 – 3: Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden

Übersicht Regelwerke:ifa consult gmbh

DWA Arbeitsblatt Grundsätze für die Abwasserentsorgung in ländlich strukturierten Gebieten;

A 200: Ausgabe Juni 2010

DWA – M 115: Indirekteinleitung nicht häuslichem Abwasser; Ausgabe Juli 2007

ATV - DVWK M 154: Geruchsemissionen aus Entwässerungs-systemen - Vermeidung und Vermin-syste e e e du g u d ederung - Ausgabe Oktober 2003

ATV - M 168: Korrosion von Abwasseranlagen Ausgabe Juli 1998

Wichtigste Änderungen A 116 - 2:ifa consult gmbh

A 116 - 2(alt)

DWA - A 116 -2(neu)

Dimensionierung der Druckleitung: qs = 1,5 * 0,005 l/(s*E) qs = 0,005 l/(s*E)

R h i d td hab 32 mm:

S h id dRohrmindestdurch-messer: 80 mm Schneidradpumpen

ab 65 mm: Freistromradpumpen

bi DN 100 V 0 7 /Mindestfliess-geschwindigkeit: V = 0,8 m/s

bis DN 100: V = 0,7 m/sbis DN 150: V = 0,8 m/sbis DN 200: V = 0,9 m/sDurchflusszeit > 8 hDurchflusszeit /

Geruchsproblematik: -Durchflusszeit > 8 h Druckluftspülstation erforderlich

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Sauerstoffzehrung:

Verweilzeit des Abwassers in der Druckleitung bis der Sauerstoff aufgezehrt ist

80

100

120

n M i l V il it

20

40

60

80

Min

uten Maximale Verweilzeit

des Abwassers in derDruckleitung

0

20

10 Grad 15 Grad 20 Grad

Ab t t

Ergebnis: Nach max. 2 h ist der gelöste Sauerstoff

Abwassertemperatur

Ergebnis: Nach max. 2 h ist der gelöste Sauerstoff aufgezehrt Bildung von H2S

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DIN EN 752 - 3:

„Angefaultes Abwasser kann zur Bildung von giftigen oder explosionsfähigen Gemischen führen undoder explosionsfähigen Gemischen führen und bewirkt Geruchsbelästigungen, chemische Korrosion, Schwierigkeit bei der Abwasserbehandlung, Sicherheitsrisiken und Lebensgefahr“

Anfaulung von Abwasser durch lange Verweilzeiten „Anfaulung von Abwasser durch lange Verweilzeiten unter anaeroben Bedingungen sollte […] durch Verkürzung der Aufenthaltszeit in Druckleitungen,Verkürzung der Aufenthaltszeit in Druckleitungen, Kanälen, Speicherbecken und Dükern durch die Sicherstellung von selbstreinigend Fliessgeschwindigkeit […] vermieden werden“

ifa consult gmbh

DIN EN 1671 (ATV A 116 -2):

„Grundlegende Anforderungen an Druckentwässerungs-systeme sind“:systeme sind :

Es darf keine Gefahr für die Gesundheit der Bevölkerung ausgehen

Es darf keine Gefahr für das Betriebspersonal Es darf keine Gefahr für das Betriebspersonal bestehen

Die geforderte Lebensdauer und die bauliche Unversehrtheit ist sicherzustellen

ifa consult gmbh

DWA – M 115-2

„Stoffe die geeignet sind, die Funktionsfähigkeit der öffentlichen Abwasseranlage, bzw. die Reinigungs-öffentlichen Abwasseranlage, bzw. die Reinigungsleistung zu beeinträchtigen, giftige, übel riechende oderexplosive Dämpfe und Gase bilden, sowie Baustoffe undWerkstoffe angreifen dürfen grundsätzlich

nicht in die öffentliche Abwasseranlage eingeleitet werden “nicht in die öffentliche Abwasseranlage eingeleitet werden.“

Hierzu gehört insbesondere […] der SchwefelwasserstoffHierzu gehört insbesondere […] der Schwefelwasserstoff

ifa consult gmbh

DWA – M 154

„Zielsetzung für die Planung, den Bau und Betrieb vonKanalnetzen und ihrer Sonderbauwerke sollte, umKanalnetzen und ihrer Sonderbauwerke sollte, umGeruchsprobleme auszuschließen oder zumindest zuminimieren, vorrangig die

Vermeidung von anaeroben Verhältnisse sein“

Maßnahmen zur Symptombekämpfungifa consult gmbh

DruckleitungssystemÜMaßnahmen Freispiegel-

leitung Pumpwerk Druck-leitung

Übergabe-schacht

AbwasserbehandlungKalkmilch, Natronlauge,NatriumaluminatNatriumaluminatEisensalzlösungEisenhydroxidschlammNitratlösungLuft-, ReinsauerstoffWasserstoffperoxidGrund-, Trink-, BrauchwasserNeutralisation, Kompensation, Maskierung

AbluftbehandlungAbluftbehandlungLuftwäsche oxidierendabsorbierendBiowäscherTropfkörperwäscherBiofilter mit/ohneZwangsbelüftungAktivkohle dotiert, undotiertKatalysator, Ozonisierung,UV-ReaktorenUV-ReaktorenNeutralisation, Kompensation, MaskierungVerdünnung mit Luft

Häufige Maßnahmen zur S mptombekämpf ng (M 154)

ifa consult gmbh

Symptombekämpfung (M 154):

• Eisensalzlösungen

Nit tlö• Nitratlösung

• ReinsauerstoffReinsauerstoff

• (Kalkmilch)

Maßnahmen zur Vermeidungifa consult gmbh

Maßnahmen Freispiegel-leitungen

DruckleitungssystemBemerkungPumpwerk Druckleitung Übergabe-

schachtSauerstoffeintrag:g

nur bei aerobem AbwasserTurbulenzen

Abstürze

Vermeidung von Turbulenzennur bei anaerobem gAbwasser

Kurze Aufenthaltszeiten:Pumpenintervall

ReinwasserzugabegBe- und Entlüftung des Gasraumes: evtl.

Abluftbehandlung erf.

HausanschlüsseZwangsbe- und

-entlüftung

Kapselung: evtl. Zwangsbelüftung

Schürzen, KlappenLeerblasen der LeitungReinigung

Druckluftspülstation:ifa consult gmbh

Druckluftspülstation DruckleitungsendschachtDruckluftspülstationSchaltschrank

Druckkessel mit Verdichter

Schaltanlage

Druckleitungsendschacht

Druckluftleitung

Rückflussverhinderer

Druckleitung Freispiegelkanal

Druckregler

ZulaufAbsperrorgan

Druc

AlarmEinAus

Rückflussverhinderer

Absperrorgan

Tauchmotorpumpe

ifa consult gmbh

Druckluftspülstation:

Fertigteilbauwerk mit Windkessel KompressorFertigteilbauwerk mit Windkessel, Kompressor

und Steuerung

ifa consult gmbh

Geschwindigkeitsprofile in der DruckleitungDruckleitung

v

r

DD

Geschwindigkeitsprofile bei Abwasserförderung

turbulente Strömung bei Abwasser ohne Feststoffe

S ö fil b i S i ö Strömungsprofil bei Suspensionsströmung v > v

Strömungsprofil bei Förderung mit Ablagerungen v < vkrit

krit

ifa consult gmbh

Geschwindigkeitsprofile in der DruckleitungDruckleitung

SchwallkopfA

Druckluft

h2

Schwallwelle

1h Sunkwelle

ifa consult gmbh

Spülschwall mit Druckluft:

Wirkung von Druckluft:ifa consult gmbh

• Verkürzung der Aufenthaltszeit des Abwassers

• Lösung von Ablagerungen

Ei t S t ff• Eintragung von Sauerstoff

• Verminderung der Bildung von Schwefel-Verminderung der Bildung von Schwefel

wasserstoff (H2S)

• Lösung von Sielhaut

ifa consult gmbh

Kostenvergleich:

Verbrauchl Mittel / m³

Abwasser

Behandlungskosten€/m³ Abwasser

.“Abwasser

Bellair green (FeCl2) 0,171 – 0,123 0,083 - 0,059

Bellair green plusBellair green plus (FeCl3) 0,165 0,057

Nutriox: 0,142 – 0,267 0,049 – 0,091

Druckluftspülung: 0,018

Übersicht der Behandlungskosten, TU Wien 2006

Beispiel: ifa consult gmbh

Beschwerden der Anwohner über Geruchs-

belästigungen aus der Kanalisation.

Durch Zugabe von Nitratlösung (Nutriox) als

Provisorium werden z.Zt. die Geruchsprobleme

beseitigt.g

Übersicht:ifa consult gmbh

Auslauf – Schacht 41138

2 x parallele Druckleitungen2 x parallele Druckleitungen DN 200, L = ca. 2 600 m

PW …….

Anlass der Studieifa consult gmbh

• Hohe laufende Betriebskosten für das Dosiermittel.

• Symptombekämpfung, nicht Beseitigung der

U hUrsachen.

WirtschaftlichkeitsbetrachtungWirtschaftlichkeitsbetrachtung

Vergleich von Zugabe von Dosiermittel undVergleich von Zugabe von Dosiermittel und

Nachrüstung einer DruckluftspülstationNachrüstung einer Druckluftspülstation

H2S Messungen:ifa consult gmbh

ifa consult gmbh

Variante 1 Druckluftspülstation

Windkessel: V = 3 m³Windkessel: V 3 m

Kompressor, Luft-liefermenge =liefermenge = 1 800 m³/min

Ermittlung der Betriebskosten:ifa consult gmbh

Jährliche Betriebskosten fürJährliche Betriebskosten für Druckluftspülanlage

Kosten netto€/a

Jährliche Betriebskosten für Nutriox-Dosierung

Wartung Kompressor: 660 €/aWindkessel TÜV alle5 Jahre 250 €/a

Kosten netto€/a

Dosierkosten: 18 947 €Stromkosten für PW + Druckluftspülstation: 4.024 €/a

Wartung der Anlage:

Dosierkosten: 18.947 €

Stromkosten für PW 616 €

Wartung der Anlage: 4 160 €Wartung der Anlage: 2 h /Woche a 40 €/h 4.160 €/a

Summe Betriebskosten netto / a: 9.094 €/a

Wartung der Anlage: 2 h /Woche a 40 €/h

4.160 €

Summe Betriebskosten netto / a: 23.723 €

netto / a: netto / a:

Kostenbarwertberechnung Variante Dr ckl ftspülstation“

ifa consult gmbh

Variante „Druckluftspülstation“:

Investkosten AbschreiInvestkosten IK(€)

Abschrei-bungn (%)

Zinssatzi (%)

Gebäude 41.000 € 2 4Windkessel, St t

43.000 € 4 4Steuerung, etc.

3 000 €

Kompressoren, Ventilatoren

33.000 € 6,67 4

Reinvest Kompressor nach 15 Jahren

43.543 € 6,67 4

Kostenbarwertberechnung Variante Nitratlös ng“

ifa consult gmbh

Variante „Nitratlösung“:

Investkosten IK(€)

Ab-schreibung

n (%)

Zinssatzi (%)( ) ( )

Baukosten 25.000 2 4Lagertank, 28 000 4 4Steuerung 28.000 4 4

Dosierzubehör, Pumpe 7.000 6,67 4

Reinvest Dosierzubehör nach 15 Jahren

9.421 6,67 4

Kostenvergleich der Varianten:ifa consult gmbh

Investitionskostennetto

Betriebskostennetto

Nutriox: 60.000 € 23 723 €/aEi l F Cl 60 000 € 15 452 €/Eisensalze FeCl2: 60.000 € 15 452 €/aDruckluftspülung: 117.000 € 9 094 €/a

Kostenvergleich der Varianten:ifa consult gmbh

800.000 €

900.000 €

1.000.000 €Nutrioxdosierung

FeCl2

400.000 €

500.000 €

600.000 €

700.000 € Druckluftspülung

100.000 €

200.000 €

300.000 €

400.000 €

0 €1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

859.210 €1.000.000 €

Nutrioxdosierung

594.302 €493.108 €

400.000 €

600.000 €

800.000 € FeCl2

Druckluftspülung

0 €

200.000 €

1

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Korrosions- und Geruchsprobleme inGeruchsprobleme in Abwasserdruckleitungen

Forschungsprojekt in Österreich

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Druckleitung von einer AutobahnrastanlageAutobahnrastanlage

1. Nachrüstung einer ca. 1 300 m langen Abwasser-druckleitung PEHD 90 * 5,4 mm von einer Autobahnrastanlage mit einer DruckluftspülstationAutobahnrastanlage mit einer Druckluftspülstation.

2. Gängige Tauchmotorpumpen in einem Fertigteilschacht.g g p p g

3. Am Auslauf der Druckleitung wurden H2S-Konzentrationen von 20 – 50 mg /l gemessenKonzentrationen von 20 – 50 mg /l gemessen.

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Förderleistung der PumpenI b t i b h d Ab h lt d

3,50

Inbetriebnahme der Druckluftspülung am 10.2.2005

Abschalten der Druckluftspülung am 15.3.2005

2,50

3,00

1 50

2,00

Förderleistung (l/s)

1,00

1,50

0,00

0,50

07.02.200512.02.200517.02.200522.02.200527.02.200504.03.200509.03.200514.03.200519.03.200524.03.200529.03.200503.04.200508.04.200513.04.200518.04.2005

Zeitachse (Tage)

ifa consult gmbh

Förderleistung am 7.2.05 ohne Druckluftspülungohne Druckluftspülung

2,50

2,00

1,50

rmen

ge (l

/s)

1,00Was

ser

0,50

0,00

10:00

10:30

11:00

11:30

12:00

12:30

13:00

13:30

14:00

14:30

15:00

Zeit

ifa consult gmbh

Förderleistung am 13.2.05 mit Druckluftspülungmit Druckluftspülung

3,50

2,50

3,00

2,00

rmen

ge (l

/s)

1,00

1,50

Was

se

0,50

Pumpe 1 Pumpe 2

0,00

10:00

10:30

11:00

11:30

12:00

12:30

13:00

13:30

14:00

14:30

15:00

Zeit

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Auswertung der Abwasser-messungenmessungen

45

35

40

H2S-Gehalt (ppm)O2 Gehalt (mg/l)

25

30O2-Gehalt (mg/l)Abwassertemperatur (Grad)

10

15

20

0

5

10

0

19.01

.200

526

.01.2

005

02.02

.200

509

.02.2

005

16.02

.200

523

.02.2

005

02.03

.200

509

.03.2

005

16.03

.200

523

.03.2

005

30.03

.200

506

.04.2

005

13.04

.200

520

.04.2

005

27.04

.200

5

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Strombedarf :

Oh D kl ft ül l di POhne Druckluftspülung, also nur die Pumpen:

0 37 – 0 46 KWh/m³0,37 – 0,46 KWh/m

Mit Druckluftspülung, also Pumpe + Kompressor:

0 42 0 54 KWh/ ³0,42 – 0,54 KWh/m³

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Resumee

Zit t d lä fi Ab hl b i htZitat aus dem vorläufigen Abschlussbericht:

durch den Betrieb der Druckluftspülstation„... durch den Betrieb der Druckluftspülstation konnte der Sulfidgehalt um ca.

80 – 90 %

f 4 6 /l kt d “auf 4 – 6 mg/l gesenkt werden.“

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Zusammenfassung:

Ziel bei der Planung und Sanierung von Druck-leitungen sollte es sein, dass das Abwasser am Ende der Druckrohrleitung in einem aeroben Zustandankommt.

Vermeiden von Geruch und Korrosion im Rahmen derVermeiden von Geruch und Korrosion im Rahmen der Planung ist besser und billiger, als nachträgliche Symptombekämpfung mittels Geruchsfilter, Dosiermittel, etc..

ifa consult gmbh

Ende:

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !