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Geoinformationsbasierte Modelle zur Anpassung der Siedlungsentwässerung an die Herausforderungen des Klimawandels

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[Quelle: http://d-nb.info]

Gerade die städtische Entwässerungsinfrastruktur steht vor dem großen Problem sich an Herausforderungen wie den Klimawandel, aber auch Trends der Bevölkerungs- und Siedlungsentwicklung und die daraus resultierenden Auswirkungen auf den Erschließungsaufwand anzupassen. Gleichzeitig können die Chancen des digitalen Wandels genutzt werden, um diesen Herausforderungen zu begegnen. In dieser Arbeit erfolgt daher die Erarbeitung von zwei geoinformationsbasierten Modellen, die vor dem Hintergrund der voranschreitenden Digitalisierung zur Anpassung der Siedlungsentwässerung an den demografischen Wandel und den Klimawandel beitragen sollen. Ein wichtiger Aspekt des kommunalen Überflutungsschutzes sind naturnahe Maßnahmen zur Bewirtschaftung von Niederschlagswasser als Teil einer wassersensiblen Stadtentwicklung. Nach den anerkannten Regeln der Technik ist das übergeordnete Ziel der Niederschlagswasserbewirtschaftung eine Annäherung an den natürlichen Wasserhaushalt. Die Abschätzung dieser Zielgröße ist ähnlich schwer zu ermitteln wie das Potential, welches Maßnahmen der dezentralen Niederschlagswasserbewirtschaftung bieten, um diese Zielgröße zu erreichen oder anzunähern. Ein in dieser Arbeit entwickeltes geoinformationsbasiertes Modell verfolgt daher diese beiden Ziele. Dabei geht es nicht nur um eine rein bilanzielle Abschätzung eines Wasserhaushaltsdefizites, sondern auch um eine Eingrenzung der potentiellen Maßnahmen zum bestmöglichen Ausgleich dieses Defizites, unter Berücksichtigung von siedlungsstruktureller, geologischer und hydrogeologischer Restriktionen. Das Modell arbeitet dabei ausschließlich mit georeferenzierten Daten und bietet somit eine direkte Verortung der Ergebnisse. Das entwickelte Modell zur Potentialanalyse für Maßnahmen der dezentralen Niederschlagswasserbewirtschaftung verbindet dabei erfolgreich den Ansatz der empirisch ermittelten Wasserhaushaltsaufteilungsfunktionen des DWA-A 102 mit einer GIS-gestützten Modellrechnung. Der Vorteil einer direkten georeferenzierten Umsetzung dieser Flächenfunktionen zeigt sich nicht nur durch eine mögliche Skalierung des auswählbaren Bilanzgebiets, sondern auch durch die georeferenzierte Umsetzung, welche zudem die direkte Berücksichtigung von klaren Restriktionen für die Maßnahmen der dezentralen Niederschlagswasserbewirtschaftung ermöglicht. Das zweite in dieser Arbeit entwickelte geoinformationsbasierte Modell ist ein Künstliches Neuronales Netz (KNN) zur Berechnung von Überflutungsflächen im Starkregenfall. Dieses kann, für bestimmte dem KNN bekannte Gebiete, in Echtzeitsimulation angewendet werden und somit konventionelle hydrodynamische Modelle substituieren. Es wurde zu diesem Zweck ein mehrschichtiges vorwärts gerichtetes KNN als Vertreter der überwacht lernenden KNN aufgebaut und auf seine Eignung untersucht sowie beurteilt. Für die Substitution eines hydrodynamisch numerischen Modells zur Berechnung von Überflutungsgefahren (Überflutungsflächen bzw. des Oberflächenabflusses) durch ein KNN, muss dieses die hydrologischen Prozesse des konventionellen Modells ‚erlernen’. Für diesen Lernprozess werden zum einen Eingangswerte benötigt, die im Wesentlichen die hydrologischen Prozesse bestimmen (z. B. Niederschlag, DGM, Versiegelungsart, Bruchkanten, etc.) und zum anderen Zielwerte, also Werte, die aus diesen Informationen abgeleitet werden sollen. Im Fall des in dieser Arbeit aufgebauten KNN sind dies Flächen, bei denen sich nach Niederschlagsereignissen ein Wasserstand mit einer bestimmten Höhe einstellt (Überflutungsflächen mit Überflutungshöhe). Diese Zielwerte wurden durch ein hydrodynamisches numerisches Modell berechnet. Das entwickelte Modell zur Prognose von pluvialen Überflutungsflächen mit einem KNN zeigt, dass KNN auf Grund ihrer Rechengeschwindigkeit, gerade für bestimmte Anwendungsfälle, geeigneter sind als konventionelle hydrodynamische numerische Modelle.

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DWA-Themen T4/2019, Oktober 2019. Digitale Transformation in der deutschen Abwasserwirtschaft - Rahmen und Praxisbeispiele anhand einer Steckbriefsammlung
DWA-Themen, Band T4/2019
2019, 29 S., 3 Abb., 4 Tab., 1 ZIP-Datei,

 

 

Der Themenband vermittelt den Einstieg in Themen und Konzepte der digitalen Transformation in der deutschen Abwasserwirtschaft und dient der Motivation für Ihre eigenen Projekte. Der Themenband richtet sich an alle Akteure der Wasserwirtschaft, insbesondere an kleinere und mittlere Betreiber bzw. Unternehmen. Eine umfangreiche Steckbriefsammlung zu umgesetzten oder noch in der Planung befindlichen Digitalisierungsprojekten ist beim Kauf des Themenbands inkludiert. Darüber hinaus ist der Mustersteckbrief auch eine geeignete Arbeitshilfe bzw. Leitfaden bei der Implementierung und Bewertung von neuen Projekten im Rahmen der Digitalisierung. Hinweis: Die Steckbriefe werden in einer separaten ZIP-Datei zur Verfügung gestellt.

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DWA-Themen T5/2019, Oktober 2019. Vliestücher in Abwassersystemen
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Die seit Jahren zunehmenden Probleme in Abwassersystemen (Verstopfungen von Abwasserpumpen, Ablagerungen im Kanal sowie die Zunahme an Rechengutmengen) werden von Betreibern meist mit über die Toilette entsorgten Vliestüchern (umgangssprachlich Feuchttüchern) in Verbindung gebracht. In der öffentlichen Diskussion herrscht Uneinigkeit hinsichtlich der Vliestucharten, die zu den Betriebsproblemen beitragen. In dem Themenband werden die durch Vliestücher verursachten Betriebsprobleme analysiert, bestehende Prüfverfahren und Richtlinien zur Spülbarkeit vorgestellt und Anforderungen für die Abwassersystemverträglichkeit als "spülbar" bezeichneter Vliestuchprodukte abgeleitet. Außerdem erhalten Sie konkrete Handlungsempfehlungen zur Reduzierung der Betriebsprobleme. Der Themenband richtet sich an Betreiber von Abwasseranlagen, Nutzer von Vliestüchern, Hersteller/Zwischenhändler/Händler von Vliestüchern, Hersteller von Pumpanlagen, Forschungseinrichtungen, das Normungswesen sowie die Umweltgesetzgebung.

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DWA Topics T4/2016, October 2016. Design of wastewater treatment plants in hot and cold climates
DWA-Themen, Band T4/2016
Corrected version May 2019 (German original edition: October 2016).
2019, 304 S., 68 illus., 101 tab.,

 

 

The design of wastewater and sludge treatment plants under deviating wastewater and climatic conditions in other countries requires an amendment of existing design rules compliant to the DWA Set of Rules, which have been primarily developed for Central European conditions. This concerns, for example, the consideration of high or low wastewater temperatures, increased salt content or special discharge requirements. Within the framework of the "EXPOVAL" research project funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF), internationally applicable design approaches have been developed. The results have been prepared for the volume in the form of internationally applicable design approaches and supplement the DWA Set of Rules accordingly. The new and extended design approaches include activated sludge plants, trickling filter systems and wastewater ponds, UASB-reactors, plants for anaerobic sludge stabilisation and solar sewage sludge drying, aeration systems and the elimination of helminth eggs. Practical calculation examples are presented for all processes. In addition to the extension and adaptation especially to different temperature conditions, the design approaches in the volume were uniformly converted to the internationally widespread monitoring practice by means of daily average values and to the chemical oxygen demand (COD) for the cleaning objective of carbon degradation.

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DWA-Themen T1/2019, Mai 2019. Aktivkohleeinsatz auf kommunalen Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung - Verfahrensvarianten, Reinigungsleistung und betriebliche Aspekte
DWA-Themen, Band T1/2019
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In der Fachwelt wird derzeit für kommunale Kläranlagen sowohl die Anwendung von Aktivkohle als auch der Einsatz von Ozon bzw. eine kombinierte Anwendung beider Betriebsmittel als Möglichkeit angesehen, um gelöste organische Spurenstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Ende des Jahres 2017 waren im deutschsprachigen Raum bereits rund 20 Kläranlagen vorhanden, auf denen Aktivkohle dauerhaft zur weitergehenden Abwasserreinigung bzw. gezielten Spurenstoffelimination eingesetzt wird. Von mehr als 15 weiteren Kläranlagen ist bereits bekannt, dass sie in den nächsten 5 Jahren um ein Aktivkohleverfahren zur gezielten Spurenstoffelimination erweitert werden. Der Themenband gibt einen Überblick über den gegenwärtigen Wissensstand zum Aktivkohleeinsatz auf Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung. Hierzu sind verschiedene Teilaspekte zur Aktivkohleanwendung dargelegt. Insbesondere werden die Ausführung und Spurenstoffeliminationsleistung von geeigneten Aktivkohleverfahren beschrieben. Es werden Hinweise zu betrieblich relevanten Aspekten gegeben, wirtschaftliche Gesichtspunkte der Aktivkohleanwendung auf Kläranlagen aufgeführt und Entscheidungs- und Bewertungskriterien zur Findung eines geeigneten Aktivkohleverfahrens aufgezeigt. Die aufgeführten Auslegungsgrößen der bereits in Betrieb befindlichen Aktivkohleanlagen sind hierbei nicht als allgemeingültige Bemessungsvorgaben zu verstehen. Jedoch ist nach den bisherigen Erfahrungen bei Einhaltung dieser Angaben ein stabiler Anlagenbetrieb gegeben. Der Themenband "Aktivkohleeinsatz auf kommunalen Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung" wurde von der DWA-Arbeitsgruppe KA-8.6 "Aktivkohle" im DWA-Fachausschuss KA-8 "Verfahren der weitergehenden Abwasserreinigung nach biologischer Behandlung" erstellt. Der Themenband richtet sich an Betreiber, Planer und genehmigende Behörden.

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Membrantechnik zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung
GWF-Praxiswissen
2019, 96 S., 29.7 cm, Softcover
Vulkan Verlag

 

 

Praxiswissen "Membrantechnik zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung" bietet Einblicke in aktuelle Entwicklungen zur Wasser- und Abwasserbehandlung mit Membranen. Mikroplastik, antibiotikaresistente Keime, Spurenstoffe und das steigende Bewusstsein für die Möglichkeiten, gereinigtes Abwasser direkt wieder zu nutzen und Wert- und Nährstoffe in hohem Maße zurück zu gewinnen, bilden die Motivation für viele der beschriebenen Entwicklungen. Die Nutzung von Rohwässern mit verschiedenartigen Verunreinigungen in schwankenden Konzentrationen bedeutet eine Herausforderung für die Trinkwasseraufbereitung, die sich ohne Membranen oft gar nicht meistern lässt. Darüber führt die in manchen Ländern herrschende Pflicht zur abwasserfreien Produktion zu einem steigenden Bedarf an Verfahren zur Behandlung und Verwertung hochkonzentrierter Salzlösungen. Die vorgestellten Lösungsansätze adressieren sowohl die etablierten Prozesse Mikro-, Ultra-, Nanofiltration und Umkehrosmose als auch alternative Verfahren wie Vorwärtsosmose, Membranadsorption, -extraktion und -destillation. Weitere Beiträge beschreiben Fortschritte bei der Material- und Modulentwicklung, die zu geringeren Verbräuchen an Energie und Betriebsmitteln und mehr Prozesssicherheit führen.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Ansgar Beuth, Achim Hamann
Hemmnisse und Potenziale der Abwasserwärmenutzung zur Gebäudeheizung - technische, wirtschaftliche, planerische und rechtliche Aspekte
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3123
2019, 120 S., 63 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es ist festzustellen, dass das Potenzial der Abwasserwärmenutzung bisher nicht in dem bestmöglichen Maße genutzt zu werden scheint, obwohl ausgereifte Technologien zur Verfügung stehen. Demnach ist der Kernfrage nachzugehen, welche Hemmnisse und Anreize im Zusammenhang bei der Abwasserwärmenutzung vorliegen und welche Strategien zur Beseitigung technischer, wirtschaftlicher, planerischer und rechtlicher Hemmnisse zur Einbeziehung der Abwasserwärmenutzung in den Wärmemarkt formuliert werden können. Dazu waren die Akteure der Immobilienwirtschaft, des Hochbaus bzw. der Bauwirtschaft im Allgemeinen zu identifizieren, die bei der Entwicklung, der Planung, dem Bauen und Betreiben von Immobilien beteiligt sind. Um deren Erfahrungen und Standpunkte zu nutzen, kam methodisch eine thematisch strukturierte Online-Befragung mit einem Höchstmaß an Datensicherheit in Frage. Festgestellt wurde, dass Defizite bezüglich Erfahrungen, Informationsbezug und Kenntnissen zu Investitionskosten und Wirtschaftlichkeit bestehen. Daraus leiten sich die Strategien und Handlungsfelder ab aus denen dann Handlungsempfehlungen zur Steigerung der Anwendungsfälle der Abwasserwärmenutzung formuliert wurden.

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Alexander Vogt, Christoph van Treeck
Optimierung von Abwasserwärmetauschern für den gebäudetechnischen Einsatz. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3055
2018, 102 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die zentrale Problematik bei der Wärmerückgewinnung aus Abwasser ist der gehemmte Wärmeübertrag. Grund dafür ist der Biofilm auf den Wärmeüberträgern, der sich im Abwasser bildet. Dieses Biofilmwachstum wurde bisher nur unzureichend untersucht und daher zum Gegenstand dieses Forschungsprojektes gemacht. Dazu wurde ein Versuchsstand konzipiert, der es ermöglicht das Biofilmwachstum auf Wärmeübertragern ausreichend genau zu ermitteln. Es wurden verlässliche Angaben über die Biofilmentwicklung auf Wärmeübertragern sowie die Höhe der Wärmeübertragsreduktion ermittelt. Außerdem wurden verschiedene Arten der Anströmung auf den Wärmeübertrager durchgeführt und dadurch eine Reduktion des Biofilms erreicht.

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Membranfiltration in Hessen - Teil 2 und Gesamtzusammenfassung
Wasser - Abwasser - Umwelt, Schriftenreihe des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft, Universität Kassel, Band 24
2009, V, 90 S., 21 cm, Softcover
kassel university press

 

 

Der Band gibt die Ergebnisse eines durch das Hessische Ministerium für Umwelt, ländlichen Raum und Verbraucherschutz geförderten Vorhabens wieder, in dessen Rahmen der Einsatz des Membranbelebungsverfahrens zum Zweck der Ertüchtigung von Kläranlagen in Hessen auf seine praktische Anwendbarkeit und Verfahren spezifische Besonderheiten, insbesondere den Einfluss des bei Ertüchtigungsmaßnahmen prinzipbedingt niedrigeren Trockensubstanzgehaltes, untersucht wurde. In dem hier beschriebenen in 2004 abgeschlossenen zweiten Projektteil wurde in Ergänzung der in Band 23 bereits dargelegten Untersuchungen das System der Firma Kubota untersucht. In dem Band finden sich die Ergebnisse dieser Untersuchungen, gefolgt von der Darlegung der zusammenfassenden Erkenntnisse und Empfehlungen, gewonnen aus beiden Projekten.

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D. Stein, A. Brauer
Entwicklung von Prüf- und Beurteilungskriterien für Sanierungsverfahren für Abwasserleitungen zur Erteilung bauaufsichtlicher Zulassungen. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3059
2004, 144 S., 12 Abb., 26 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die bauliche Sanierung von Abwasserleitungen und -kanälen ist generell eine Qualitätssicherung erforderlich, um eine fach- und umweltgerechte Ausführung zu gewährleisten. Grundlage der Qualitätssicherung sind verfahrensspezifische Eignungsnachweise. Sie haben die Aufgabe, im Rahmen von Prüfungen unter simulierten Betriebsbedingungen die Tauglichkeit des jeweiligen Sanierungsverfahrens nachzuweisen. Zur Zeit existieren keine allgemeinen Richtlinien oder verbindliche und einheitliche Kriterien zur Beurteilung der Eignung von Sanierungsverfahren. Im diesem vom DIBt geförderten Forschungsvorhaben wurden allgemeine Prüfrichtlinien für die wichtigsten grabenlosen Verfahren zur Reparatur, Renovierung und Erneuerung von nichtbegehbaren Abwasserleitungen (DN/ID kleiner gleich 800) entwickelt, auf deren Grundlage zukünftig die Erteilung entsprechender Allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassungen durch das DIBt nach einheitlichen Prüf- und Beurteilungskriterien erfolgen können (Nachweis der bautechnischen Eignung und Nachweis der verfahrensbezogenen Umweltverträglichkeit). Die Arbeitsanleitungen umfassen: - Allgemeine Eignungsprüfungen; - Geometrische Eignungsprüfungen; - Physikalische Eignungsprüfungen; - Chemische, biologische und biochemische Eignungsprüfungen; - Sonstige Eignungsprüfungen; - Umweltverträglichkeitsprüfungen. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens sollen als Grundlage für die Erarbeitung einer entsprechenden DIBt-Richtlinie bzw. eines DIBt-Merkblattes dienen. Darüber hinaus sollen sie auch einen Beitrag zur Verbesserung der Qualität der Ausführung von Sanierungsarbeiten leisten und insofern helfen, die diesbezüglichen Bestrebungen der Kommunen und Kanalnetzbetreiber sowie der zuständigen Verbände (z.B. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (ATV-DVWK), Güteschutz Kanalbau) zu unterstützen.

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H. Doll, K. Hilmer, A. Hoch
Dimensionierung von Linern zur Sanierung geschädigter Rohrleitungen. Schlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1998, 96 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die experimentelle Verifizierung der Berechnungsannahmen der ATV M127 Teil 2 war Ziel des Forschungsvorhabens. Untersucht wurde das auflastbedingte Verformungsverhalten von mit Schlauchlinern sanierten Betonrohren DN 800. Es wurden 2 großmaßstäbliche Versuche mit 2 unterschiedlichen Linerwandstärken (9,0 mm bzw. 18,0 mm) durchgeführt. Die maximalen Linerbeanspruchungen traten bei beiden Versuchen in der Sohle auf. Ferner wurde deutlich, daß der dünnere Liner unabhängig von der Laststufe nur ca. 50% der Beanspruchung des dickeren Liners erfährt. Der Vergleich zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen ergab keine befriedigende Übereinstimmung. Als Schlußfolgerungen hinsichtlich der Planung von Sanierungsmaßnahmen ergeben sich: Mit Linern sanierte biegesteife Rohre weisen ein erhebliches Verformungsvermögen auf. Die gemessenen Linerdehnungen zeigen ferner, daß ein dünnerer Liner geringer beansprucht wird; d.h. gegenüber einer Berechnung nach ATV A127 (bisher gängige Praxis) können erhebliche Einsparungen erzielt werden.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Nilson, Enno; Fleischer, Claudius; Frassl, Marieke
Was leistet der DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" für das Niedrigwassermanagement in Deutschland?
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2021

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Wessels, Klaus; Leutnant, Dominik
Niederschlagswasserabflüsse von befestigten Flächen. Regelbasierte Bewertung des AFS63-Belastungspotenzials
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2021

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Kaup, Felix; Pollmann, Hendrik
Wastewater-based Epidemiology - Polio, Pest und Pandemie
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2021

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Agrawal, Shelesh; Orschler, Laura; Lackner, Susanne
Umfassendes Monitoring antibiotikaresistenter Bakterien und Gene zur Bewertung der Reduktion in Kläranlagen
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2021

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Franz, Torsten
Kennwerte und Optimierungsmöglichkeiten der Indirekteinleiterüberwachung
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2021

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