Department Urban Water Management

INKA - Regelung von Kanalnetzen und Abwasserreinigungsanlagen

Kanalnetzbewirtschaftung für besseren Gewässerschutz

Eine intelligente Bewirtschaftung der Abwasseranlagen reduziert Überläufe, nutzt das Speichervolumen im Kanalnetz optimal aus und sichert die hydraulische Auslastung der Kläranlage. So kann mit wenig Aufwand vielerorts ein grosser Beitrag zum Gewässerschutz bei Regenwetter geleistet werden. Das schweizerische Bundesamt für Umwelt BAFU fördert daher das von Stebatec initiierte Projekt „Integrale Regelung von Kanalnetzen und Abwasserreinigungsanlagen (INKA)“.

Die Abwasserreinigungsanlagen sind aus wirtschaftlichen Gründen darauf ausgelegt, durchschnittlich grosse Abwassermengen zu klären. Beim im deutschsprachigen Raum dominierenden Mischsystem (Abwasser und Regenwasser werden gemeinsam gefasst) übersteigen bei Regenwetter die Abwassermengen daher die Kapazitäten der ARA, und es kommt zu ungeklärten Überläufen in Flüsse und Seen (Bild 1). Wie kritisch die Lage ist, zeigen Erhebungen, die den Anteil der unbehandelt eingeleiteten Abwassermenge auf zwanzig Prozent schätzen. Dabei gelangen zum Teil hohe Konzentrationen problematischer Stoffe, wie Pestizide, Biozide oder Fäkalbakterien, direkt in die Fliessgewässer.

Vorhandene Infrastruktur klüger nutzen

Um solche Vorkommnisse zu verhindern, investieren Gemeinden in der Regel viel Geld in Speicherbauwerke wie Rückhalte- und in Regenbecken. Diese fangen das Regenwasser auf und leiten es nach dem Abklingen des Regenereignisses kontrolliert den Kläranlagen zu. Da viele dieser Becken in den 70er und 80er Jahren gebaut wurden, wurden sie meist auf wachsende Siedlungen und somit ein schnelles Weiterleiten des Mischwassers ausgelegt. Das bedingt, dass vielerorts die Kapazität vieler Becken nicht voll ausgeschöpft wird. Darüber hinaus werden diese Becken in den letzten Jahren mit preiswerten Steuerungen ausgerüstet, die oft auch als Alarmsysteme zum Erkennen von Havarien nachgerüstet werden. Dieses macht es jetzt möglich, die vorhandenen Systeme besser zu nutzen als bisher. Im günstigsten Fall können teure bauliche Massnahmen durch zielgerichtete Investitionen in preiswerte Steuerungstechnik komplett vermieden werden. Die Stebatec AG hat sich daher bereits vor Jahren darauf verlegt, die Abwassersysteme mit betrieblichen Massnahmen zu optimieren. Dazu zählen hochpräzise Abflussmessungen, die Auskunft über die hydraulische Belastung der verschiedenen Systembestandteile geben und an den neuralgischen Stellen platzierte pneumatische Abflussregler (Bild 2), mit denen sich die Durchflussmenge regeln lässt. Für ein intelligentes, kommunizierendes Gesamtsystem sorgt dabei das benutzerfreundliche Prozessleitsystem ARAbella (Bild 3)

Der INKA-Regler

Die Software zur integralen Regelung von Kanalnetzen und Abwasserreinigungsanlagen verarbeitet Messdaten aus dem Kanalnetz, Informationen über die Zustände der Vorfluter sowie Niederschlagsdaten und berechnet daraus die optimalen Weiterleitmengen an den neuralgischen Stellen.

Dabei kann der Regler eine vom Betreiber frei definierbare Ziel-Hierarchie verfolgen, z.B.:

  1. Minimaler Verbrauch von Speichervolumen im Kanalnetz, während die Kläranlage hydraulisch nicht zu 100% ausgelastet ist.
  2. Strategische Befüllung der Speichervolumen mit möglichst wenig belastetem Abwasser.
  3. Keine Entlastungen in die Vorfluter während noch nicht alle Speicher gefüllt sind.
  4. Kontrollierte Entlastungen in die Vorfluter unter Berücksichtigung der Wasserqualität und Belastbarkeit des jeweiligen Vorfluters.

Den Gewässerschutz verbessern

Abflussregler, Datenkommunikationstechnologien und Prozessleittechnik der STEBATEC stellen auch das Rückgrat des Projekts der Integralen Regelung von Kanalnetzen und Abwasserreinigungsanlagen (INKA) dar, das die Stebatec AG zusammen mit Partnern aus Planung, KMU, Forschung und Abwasserverbänden verfolgt. Sowohl die Hard- als auch die Softwarekomponenten der Stebatec AG sind in der Praxis seit Langem erprobt und haben sich in vielen Anwendungen bewährt. Im Projekt INKA sollen diese nun dafür sorgen, dass bei Regenereignissen die ARA stets bestens ausgelastet sind und überschüssige Abwassermengen im Kanalnetz – unter Einbezug von Regen- und Rückhaltebecken sowie der Kanalvolumen – kontrolliert und optimiert zurückgehalten werden. Die Nutzung des Retentionsvermögens des bestehenden Kanalnetzes erhöht die Kapazität der vorhandenen Infrastruktur und verringert damit massgeblich die Überläufe unbehandelter Abwässer. Zudem können bauliche Massnahmen und hohe Investitionskosten gegebenenfalls vermieden werden. Grundsätzlich steht INKA für die Verbesserung des Gewässerschutzes. Diesbezüglich ist sogar eine weitere Optimierung des Systems möglich, wenn die Steuerung der Durch- und Abflüsse nicht nur volumenbezogen erfolgt, sondern sich an den lokal vorhandenen Schmutzfrachten orientiert. Lassen sich diese verlässlich messen (Bild 4), kann sich die Kapazität des Gesamtsystems an Kriterien des Gewässerschutzes orientieren: Übersteigt die anfallende Abwassermenge das Rückhaltevermögen des Kanalnetzes, werden zuerst die wenig belasteten Abwässer weitergeleitet, die die Fliessgewässer auch wenig beeinträchtigen.

Bund hat Relevanz erkannt

Im Dienste des Gewässerschutzes ist es unabdingbar, dass die angestrebten Verbesserungen nicht nur punktuell, sondern möglichst flächendeckend erfolgen. Dazu zählen Charakterisierungen von Einzugsgebieten anhand ihrer Schmutzstoffquellen und -dynamiken, ein Tool zur Potenzialermittlung eines Kanalsystems – denn nicht jedes System ist geeignet – oder Plausibilitäts-Checks. Der Bund unterstützt das Projekt INKA und entlastet finanziell die beteiligten KMU, indem die bei den Forschungsinstitutionen anfallenden Kosten übernommen werden. Die Unterstützung des Bundes zeigt überdies, dass die Ziele des Projekts auch in seinem Sinn sind und dass das schweizerische Bundesamt für Umwelt die Wichtigkeit und Relevanz des Projekts INKA erkannt hat.