Taunusstein

+49-6128-9165-0

Partikelabscheider HydroM.E.S.I.®
Berlin – Wallenbergstrasse

Partikelabscheider HydroM.E.S.I.®
Berlin – Wallenbergstrasse

Systembeschreibung und Anlagentechnik

Veranlassung

Im Jahr 1920 wurde in der Wallenbergstraße eine Grobfilteranlage in Betrieb genommen, welche das aus dem Trennsystem der Stadt Berlin stammende Regenwasser vor der Einleitung in den Fennsee reinigte. Aufgrund der Tatsache, dass diese Grobfilteranlage nach vielen Jahren des Betriebs erhebliche Schäden aufweist und sich die Wasserqualität des Fennsees unter anderem durch den Eintrag von Schadstoffen im Regenwasser zunehmend verschlechtert, wurde es notwendig, eine neue Regenwasserbehandlung für das Einzugsgebiet des Fennsees zu schaffen. (Abbildung 1) Die Umsetzung scheiterte bisher vor allem an der hohen organischen Belastung des Regenwassers im Einzugsgebiet und der starken Bindung von Schwermetallen an die Feinstpartikel im Regenwasser. Um die Gewässergüte des Fennsees zu verbessern, wurde vom Bezirksamt Charlottenburg-Wilmersdorf daher das Projekt „Umweltentlastung durch ein umfassendes Gewässersanierungskonzept des Fennsees (UEP 1 – 2)“ ins Leben gerufen.

Abbildung 1: Fennsee, Berlin Wilmersdorf

Durch die Größe des Einzugsgebietes von ca. 215 ha mit einem hohen Versiegelungsgrad und einem starken Verkehrsaufkommen von 10.000 – 100.000 Fahrzeugen pro Tag, kommen herkömmliche Behandlungsmaß-nahmen wie z.B. Regenklärbecken und Retentionsbodenfilter wegen fehlender Freiflächen nicht in Betracht. Die Berliner Wasserbetriebe haben sich daher in Zusammenarbeit mit dem Bezirksamt für eine Nutzung des vorhandenen Bauwerks in der Wallenbergstraße und den Einsatz einer neuen Technologie in Form eines Lamellenfilters entschieden, um die Gewässergüte des Fennsees zu erhöhen.

Bauwerk

Das vorhandene Bauwerk befindet sich in ca. 8 m Tiefe unter der Wallenbergstraße und besitzt eine Länge von rund 98 m. Den Querschnitt bildet ein Maulprofil mit einer lichten Breite von 6 m und einer lichten Höhe von 5.35 m. In einem ersten Bauabschnitt erfolgte die Entkernung der Grobfilteranlage. (Abbildung 2)

Abbildung 2: Filterbauwerk vor und nach der Entkernung

Der Zulauf aus dem Trennsystem des Einzugsgebietes erfolgt über ein Maulprofil 1270/1590. Der Ablauf aus dem Bauwerk teilt sich auf in ein Kreisprofil DN 1500 direkt in den Fennsee (Abbildung 3) und einen Düker DN 900 zu einem zweiten Grobfilter in der Mannheimer Straße.

Abbildung 3: Auslaufbauwerk in den Fennsee

Hydraulische Grunddaten

Die hydraulische Auslegung des Lamellenfilters basiert auf der kritischen Regenspende von r = 15 l/(s*ha), welche ca. 85 % des tatsächlichen Zulaufs entspricht. Innerhalb des Einzugsgebietes bestehen rund 110 ha versiegelte Fläche. Bei Ansatz der kritischen Regenspende berechnet sich der Abfluss zu 1500 l/s, der in der Anlage gereinigt werden soll. Die restlichen 15 % des Ablaufes werden über eine Entlastungsschwelle direkt in den Vorfluter Fennsee geleitet.

Ausrüstung Lamellenfilter inkl. Vorschacht

Vor dem Bauwerk des ursprünglichen Grobfilters wurde der bestehende Kanal entfernt und ein Vorschacht erstellt, um die Zuflusshöhe des Regenwassers zum Lamellenfilter um einen Meter anzuheben und so dort einen Grobpartikelsammelraum im Zulaufbereich zu schaffen. Der Vorschacht dient als Fremdwasserschacht und Verbindungsbauwerk zwischen dem ursprünglichen Maulprofil und dem neuen Kreisprofil DN 160, welches in den Lamellenfilter einbindet. (Abbildung 4)

Abbildung 4: Vorschacht, Übergang Maulprofil – DN 1600 (Quelle: Berliner Wasserbetriebe)

Im Vorschacht wurde zur Absperrung der gesamten Anlage bei Arbeiten auf der Beckensohle des Lamellenfilters aus Gründen des Arbeitsschutzes ein Spindelflachschieber 1270/1590 mit E-Antrieb angepasst an das Maulprofil unterwasserseitig eingebaut. (Abbildung 5) Das ankommende Fremdwasser wird über zwei Pumpen in den nahen Schmutzwasserkanal geleitet, die durch einen Feinstabrechen geschützt werden.

Abbildung 5: Maulprofilschieber im Vorschacht während der Bauphase

Der Zufluss des Regenwassers aus dem neuen Kanal DN 1600 in das Bauwerk erfolgt zunächst in eine Geröllkammer bzw. den Sandfang. An dieser Stelle sollen sich grobe Partikel ablagern und konzentriert entnommen werden, damit sie so dem Lamellenfilter ferngehalten werden können. In der Mitte der Geröllkammer befindet sich die U-förmige Notentlastung der Anlage, welche im Zulaufbereich mit einer Tauchwand versehen ist, um Schwimmstoffe zurück zu halten. (Abbildung 6)

Abbildung 6: Zulaufbereich (Quelle, Berliner Wasserbetriebe)

In Anschluss an die Geröllkammer befinden sich zwei Zuflussregler vom Typ ElectroSlide mit einer Öffnung von jeweils 1200 mm Durchmesser, welche den Zufluss zu den Lamellenpaketen auf jeweils maximal 750 l/s drosseln. Der Lamellenfilter HydroM.E.S.I.® wurde aufgrund der langen und schmalen Bauwerksgeometrie in zwei Partitionen aufgeteilt, um möglichst viele kleine Regenereignisse effektiv zu behandeln. Die Grundlage dieser Entscheidung bildeten die Messungen von zahlreichen Zuflussereignissen im Jahr 2006 durch das Institut für Gewässerentwicklung der Technischen Universität Karlsruhe und der statistische Auswertung durch die Steinhardt GmbH in Verbindung mit einer Diplomarbeit an der Technischen Fachhochschule Berlin.

Bei einem Zuflussereignis von kleiner 750 l/s ist eine Partition durch den ElectroSlide Abflussregler geöffnet. Die zweite Partition ist zunächst geschlossen. Das Regenwasser strömt gedrosselt auf 750 l/s in die Lamellenstraße und durchfließt die Lamellenpakete. Bei einem Zufluss größer 750 l/s wird die zweite Partition geöffnet und zur Reinigung des Regenwassers genutzt. Erfolgt ein Zufluss größer 1500 l/s wird dieses Regenwasser über die mittig verlaufende Notentlastung direkt in den Fennsee geleitet.

Nachdem das Regenwasser die Zulaufdrossel passiert hat, gelangt es in die sogenannte Beruhigungsstrecke von ca. 21 m Länge. Hier reduziert sich die Strömungsgeschwindigkeit und größere Wirbel werden abgebaut, bevor das Regenwasser über ein Strömungsleitblech bzw. unter einer höhenverstellbaren Tauchwand zu den Lamellen fließt. Das Strömungsleitblech dient der gezielten Ausrichtung der Strömung direkt unter die Lamellen und verhindert so eine Aufwirbelung bereits abgesetzter Schmutzstoffe. Die höhenverstellbare Tauchwand begrenzt die Durchflussöffnung nach oben und hält Schwimmstoffe zurück, die nicht in das Lamellenfeld gelangen sollen. (Abbildung 7)

Abbildung 7: Beruhigungsstrecke (Quelle, Berliner Wasserbetriebe) mit Detail höhenverstellbare Tauchwand und Strömungsleitblech

Das Lamellenfeld wurde auf Basis der stofflichen Untersuchungen des Institutes für Gewässerentwicklung der Technischen Universität Karlsruhe sowie der Arbeitsgemeinschaft BIOPLAN/IfS aus dem Jahre 2006 ausgelegt. Diese Untersuchungen zeigten, dass das Regenwasser einen hohen Anteil von groben partikulären Stoffen (67 % > 0,06 mm) aufweist. Ein großer Teil der im Regenwasser vorgefundenen Schwermetalle, Mineralkohlenwasserstoffe sowie polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) ist an diese Partikelgröße gebunden.

Auf Grundlage des maximalen Zuflusses von 750 l/s pro Partition und der maximal möglichen Lamellengröße von 1,70 x 1,70 m bei einem horizontalen Lamellenabstand von 0,12 m ergaben sich zwei Lamellenfelder von jeweils 384 Lamellen. Beide Lamellenfelder weisen eine Länge von ca. 47 m auf. Die vom Betreiber der Anlage gewählte minimale Korngröße der effektiv zu behandelnden Partikel beträgt 40 µm Durchmesser, welche, bei der gewählten Lamellenkonfiguration, zu einem Anteil von ca. 80 % aus dem Regenwasser entfernt werden. (Abbildung 8 )

Abbildung 8: Lamellenfeld (Quelle, Berliner Wasserbetriebe)

Im nicht- eingestauten Zustand des Beckens befinden sich die Lamellen zunächst in vertikaler Position. Bei einem Einstau des Beckens wird ein Auftriebskörper an der jeweils ersten Lamelle jeder Partition angehoben, wodurch alle Lamellen dieser Partition sich in eine 45° Neigung bewegen. Aufgrund der zahlreichen schmalen Lamellenabstände wird der Zufluss von maximal 750 l/s in viele kleine Durchflüsse zwischen den Lamellen aufgeteilt. Auf diese Weise reduziert sich die Fliessgeschwindigkeit zwischen den Lamellen und erreicht einen laminaren Zustand. Die aufwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente ist nun kleiner als die vertikale Sinkgeschwindigkeit von Partikeln größer/gleich 40 µm. Dieser hydraulische Zustand führt zum einem Absetzen von Schmutzpartikel und Bildung größerer Klumpen auf den Lamellen. Die entstandenen Konglomerate rutschen dann aufgrund ihres Gewichtes von der Lamellenoberfläche ab und sammeln sich am Beckenboden.

Abbildung 9: Lamellenfeld im Querschnitt (Quelle, Berliner Wasserbetriebe)

Das gereinigte Wasser fließt über seitliche Zahnschwellen in den mittig angeordneten Entlastungskanal und von dort durch den Auslaufschieber DN 1500 in den Fennsee. (Abbildung 9, 10 und 11)

Abbildung 10: Ablaufbereich in den Fennsee (Quelle, Berliner Wasserbetriebe)

Abbildung 11: Ablaufschieber, Regelstellung: DN 1500 geöffnet, DN 900 geschlossen (Quelle, Berliner Wasserbetriebe)

Nachdem der Zufluss zur Behandlungsanlage beendet ist, erfolgt keine Durchströmung der Lamellen mehr und die Entleerungsphase des Beckens beginnt. Dazu werden beide ElectroSlide Abflussregler geschlossen. Das in den Partitionen befindliche Wasser steht nun für einige Stunden, so dass sich vorhandene Schmutzpartikel absetzen können und sich eine Klarwasserzone ausbildet. Diese Klarwasserzone wird dann über jeweils einen Oberflächendekanter Typ HydroSurf DN 400 in der Beruhigungsstrecke abgezogen und in den Entlastungskanal respektive Fennsee geleitet. Bei Erreichen der Trübungszone wird über eine Trübungsmesssonde der Dekanter automatisch geschlossen. (Abbildung 12)

Abbildung 12: Klarwasserabzug (Quelle, Berliner Wasserbetriebe)

Anschließend öffnen sich die Abflussregler, so dass das noch im Regenwassernetz eingestaute Restwasser den Partitionen zufließen kann. Nachdem der Zufluss beendet ist bzw. sich ein Wasserspiegelausgleich eingestellt hat, werden die Schieber erneut geschlossen, und der beschriebene Absetzvorgang mit folgendem Klarwasserabzug beginnt von vorn. Auf diese Weise wird das gesamte Regenwasservolumen aus der angeschlossenen Kanalisation abgearbeitet und nur der verschmutzte Teil zurück gehalten, welcher dann in den nahe gelegenen Schmutzwasserkanal gepumpt wird.

Die beweglichen Lamellen fallen nach der Entleerung des Beckens in die vertikale Position zurück, so dass der eventuell noch anhaftende, feuchte Schmutz abrutschen und sich auf dem Boden des Beckens absetzen kann.

Zur Reinigung des Beckenbodens von den abgesetzten Schmutzpartikeln, wurde eine HydroSelf Schwallspülung für jede Lamellenpartition vorgesehen. Das dafür notwendige Speicherreservoir (jeweils V = 10 m³) befindet sich am Ende jeder Lamellenstraße und füllt sich automatisch bei Einstau der betreffenden Partition über eine Rückstauklappe DN 200 an der vorderen Kammerwand. Während der Entleerung des Beckens wird dieses Spülvolumen zunächst zurück gehalten. Nachdem die Pumpen das Lamellenbecken vollständig entleert haben, öffnet sich in jeder Lamellenstraße eine Spülklappe (B = 1,0 m, H = 0,40 m), die an der Vorderseite des Speicherreservoirs bzw. der Schwallspülkammer befestigt ist. (Abbildung 13)

Abbildung 13: Anordnung der HydroSelf Schwallspülung (Quelle, Berliner Wasserbetriebe)

Die so entstehende dammbruchartige Spülwelle reinigt die Beckensohle und spült die Ablagerungen in den Spül- bzw. Pumpensumpf. Von dort wird das Spülwasser mit den Ablagerungen in den angeschlossenen Schmutzwasserkanal gepumpt. Die Beckensohle ist nun gereinigt und das Bauwerk ist bereit für die Aufnahme des nächsten Regenereignisses.

Die in der Berliner Wallenbergstraße entstehende Regenwasser-Behandlungsanlage ist die bis dato größte Lamellenfilteranlage Europas und unterstreicht den Anspruch der Bundeshauptstadt eine Vorreiterrolle beim Einsatz innovativer Techniken einzunehmen.

Autor: Dr.-Ing. Jörg Schaffner