Ölabscheider und Starkregenereignisse

Zusammenfassung

Grundsätzlich erfolgt bei der Entwicklung von Leichtflüssigkeitsabscheidern (LFA) nach DIN EN 858-1 eine Prüfung der entsprechenden Leistungsfähigkeit gemäß dieser Norm. Hierbei soll bei bestimmtem hydraulischem Durchsatz (Liter pro Sekunde) eine entsprechende Reinigungsleistung erzielt werden. Bei der Bemessung von LFA nach DIN EN 858-2 werden Faktoren für Niederschlagsflächen und Schmutzwasser zur objektspezifischen Nenngröße ermittelt. Eine objektspezifisch ermittelte Nenngröße (engl. Nominal Size) von z. B. NS 6 entspricht dabei der geprüften hydraulischen Leistungsfähigkeit von 6 l/s. Die Festlegung von Bemessungsfaktoren bestimmt also direkt die hydraulische Leistungsfähigkeit des LFA. Deshalb ist es erforderlich, die hydraulische Gesamtsituation für das spezifische Objekt unter Annahme örtlicher Regenereignisse und unterschiedlicher Bemessungsansätze genauer zu betrachten. Ziel kann hierbei sein, eine LFA auf bestmögliche Toleranz hinsichtlich eventueller Starkregenereignisse auszulegen.

Einleitung

Zur Reinhaltung unserer Gewässer sowie zum Schutz der Kanalisation müssen betrieblich Ölabscheider eingesetzt werden, wenn Leichtflüssigkeiten ins Abwasser gelangen können. Ziel des Einsatzes von Leichtflüssigkeitsabscheidern ist neben der Vorreinigung des Abwassers auch der Rückhalt entsprechend abgeschiedener Leichtflüssigkeiten. Der Aufbau einer Leichtflüssigkeitsabscheideranlage ist normativ geregelt und besteht immer aus einem Schlammfang, dem eigentlichen Leichtflüssigkeitsabscheider und einer Probenahmeeinrichtung (bei erdeingebauten Anlagen einem Probenahmeschacht). Potenziell ölhaltige Abwässer sind also zusätzlich von Sinkstoffen zu entfrachten.

Anwendungsbereiche von Leichtflüssigkeitsabscheidern

Leichtflüssigkeiten müssen deutlich leichter als Wasser sein (0,05 g/cm³, gem. DIN EN 858), sie dürfen nicht oder nur sehr gering in Wasser löslich sein und sie müssen unverseifbar sein (DIN EN 858, Teil 1, 3.1). Betrachtet man Anwendungen mit Ölabscheidern, stellt man fest, dass Tankstellen und Waschplätze ganz überwiegend über Ölabscheider entwässert werden. Weitere Anwendungen werden bei nicht überdachter Lagerung von wassergefährlichen Stoffen notwendig sowie bei der Lagerung von Geräten und Gegenständen, denen solche Stoffe anhaften können. Dabei muss man berücksichtigen, dass Ölabscheider nur dann wirksam sein können, wenn die betrachteten Stoffe auch abscheidbar sind. Damit die betriebliche Abwasserreinigung mit Ölabscheidern dauerhaft zuverlässig und verlässlich funktioniert, sind regelmäßige Kontrollen der gespeicherten Leichtflüssigkeitsmenge, Wartungen und Inspektionen vorgeschrieben. Feinheiten und Unterschiede finden sich teilweise in den jeweiligen Anforderungen einzelner Bundesländer.

Rückstau und Aufstau

Entwässerungseinrichtungen sind in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt. Dabei kann die Vorflut selbst, zum Beispiel der Niederrhein, lange vor Leistungserschöpfung des angeschlossenen Entwässerungssystems kollabieren und den Wasserfluss dramatisch umkehren. Rückstau ist die Folge, was zur Überflutung von Siedlungsräumen führen kann. Die Folgen können verheerend sein – bestenfalls handelt es sich nur um Sachschaden –, in jedem Falle sind sie gefährlich und teuer. Weit häufiger sind es aber Starkregenereignisse, die zum Kapazitätsengpass bei der Entwässerung führen. Starkregenereignisse über versiegelten Flächen werden nahezu verlustfrei abflusswirksam und gelangen ohne nennenswerte Verzögerung von der Fläche zum Ablauf. Da kann es in einer als Linien- oder Punktentwässerung ausgebildeten Oberflächenentwässerung schnell eng werden und auf der Fläche zum Rückstau führen.

Schutz gegen Austritt von Leichtflüssigkeiten

Einmal abgeschieden, schwimmen Leichtflüssigkeiten auf der Wasseroberfläche. Im Falle eines Rückstaus (Starkregen, Hochwasser, Überflutung) besteht die Gefahr, dass Leichtflüssigkeiten über die Schachtabdeckungen der Abscheideranlage ausgetragen werden. Nachhaltigen Schutz gegen dieses Phänomen bietet eine bauliche Erhöhung des Schachtdoms über die Rückstauebene (Verkehrsfläche) hinaus. Daraus resultiert eine Überhöhung der Schachtabdeckung gegenüber der Verkehrsfläche. Entsprechende allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen des DIBt für LFA (Z 54.3-x = Klasse-I-Abscheider sowie Klasse-II/I-Abscheider, Z 54.8-x = Klasse-II-Abscheider) regeln erforderliche Überhöhungen von Abscheidernenngrößen (NS). Das jeweils erforderliche Maß der Überhöhung für die Erreichung des Schutzes gegen Austrag von Leichtflüssigkeiten ist dabei abhängig von dem jeweiligen spezifischen Ölspeichervolumen und der Nenngröße eines Abscheidertyps. Mit der überhöhten Ausführung einer Leichtflüssigkeitsabscheideranlage geht ein deutlicher Nachteil einher: Schachtabdeckungen von Ölabscheidern liegen dann deutlich (bis mehrere Dezimeter) höher als die fertige Oberfläche des Betriebs und wirken somit störend bei der Gestaltung von Verkehrsflächen. Die Anforderung an eine Überhöhung kann aber durch den Einsatz von automatisch arbeitenden Hebeanlagen kompensiert werden. Machbarkeit und ggf. der Einsatz einer objektspezifischen Lösung zum Schutz gegen den Austritt von Leichtflüssigkeiten sind von verschiedenen Faktoren abhängig und müssen individuell bewertet werden.

Bemessung von Leichtflüssigkeitsabscheidern

Für die Bemessung von Leichtflüssigkeitsabscheidern sind Regenflächen und Schmutzwasseranfall maßgeblich. Dabei gewichtet ein Dichtefaktor den Einfluss einer maßgeblichen Leichtflüssigkeitsdichte und beeinflusst die Leistungsgröße eines entsprechenden Ölabscheiders. Zwei Klassen von Abscheideranlagen werden hierbei unterschieden: Klasse II (Schwerkraftabscheider): geprüfte Reinigungsleistung gem. DIN EN 858 <= 100 mg/l und Klasse I (Koaleszenzabscheider): geprüfte Reinigungsleistung <= 5 mg/l. Allgemein anerkannt ist, dass die Abscheiderklasse II in der Regel nicht den Anforderungen kommunaler Abwassersatzungen genügt, die in der Regel einen Einleitergrenzwert von 20 mg/l Kohlenwasserstoffe fordern. Demnach bleibt als hinreichende Abscheiderausführung eine Klasse-I-Ausstattung (Koaelszenzabscheider). Eine weitere Möglichkeit besteht in der Kombination eines Ölabscheiders Klasse II (Schwerkraftabscheider) mit nachgeschalteter Klasse-I-Anlage (Koaleszenzabscheider). Heutige II/I-Abscheiderausführungen sind zumindest bei den kleineren Nenngrößen (NS) in kompakter Einbehälter-Bauweise erhältlich.

Abscheiderklasse und Dichtefaktor

Bei der Bemessung von Leichtflüssigkeitsabscheidern kommt es zur Anwendung von Dichtefaktoren. Damit soll der Tatsache Rechnung getragen werden, dass bei Vorhandensein höherer Öldichten die daraus resultierende Auftriebsgeschwindigkeit von Öl Tröpfchen im Wasser geringer ausfällt als bei niedrigeren Öldichten. Zur Kompensation dieses Effekts kann die Anwendung des Dichtefaktors zur Vergrößerung der Nenngröße der Abscheideranlage führen. Dahinter steht die Theorie, dass eine größere Nenngröße der Abscheideranlage auch eine größere Aufenthaltszeit von Abwasser beim Durchfließen der Anlage impliziert. Dieser Effekt tritt streng genommen nicht in jedem Fall ein, da weitere konstruktive Faktoren die spezifische Geometrie eines bestimmten Abscheidertyps definieren. Aber aus Gründen einer praxisorientierten Anwendbarkeit ist der Ansatz des Dichtefaktors zur Berücksichtigung der erfolgreichen Abscheidung von Leichtflüssigkeiten aus dem Abwasser hinreichend für alltägliche Anwendungen.

Da ein Leichtflüssigkeitsabscheider Klasse II/I die Kombination zweier Abscheider in Reihenschaltung darstellt, dürfen diese mit einem Dichtefaktor 1 bemessen werden. Das heißt, unabhängig von der maßgeblichen Leichtflüssigkeitsdichte und der daraus resultierenden Klasse gem. DIN EN 858-2 von -bis 0,85-; -über 0,85 bis 0,90-; -über 0,90 bis 0,95- bleibt der Dichtefaktor bei der Verwendung einer kombinierten Leichtflüssigkeitsabscheideranlage Klasse II und I immer 1 (fd = 1).

Demgegenüber sind Ölabscheider der Klasse I mit einem Faktor größer 1 zu bemessen (fd > 1), wenn die maßgebliche Leichtflüssigkeitsdichte über 0,85 liegt. DIN EN 858-2 enthält hierzu eine Tabelle, die die Klasse der Leichtflüssigkeitsabscheideranlage ins Verhältnis zur maßgeblichen Leichtflüssigkeitsdichte setzt und hierbei den jeweiligen Dichtefaktor vermittelt.

Tabelle 1: Dichtefaktoren in Abhängigkeit von Öldichteklasse [g/cm³] und LFA-Zusammenstellung (DIN EN 858-2)

Dabei ist es durchaus gebräuchliche Praxis, bei Verwendung eines Abscheiders Klasse I (in der Regel Mindestanforderung gem. Vorgabe kommunaler Einleitergrenzwerte) bei Unkenntnis der tatsächlich anfallenden Leichtflüssigkeit und deren spezifischer Dichte einen Dichtefaktor von 1,5 anzuwenden. Diese Vorgehensweise findet sich zum Beispiel regelmäßig im Anwendungsbereich manueller Waschplätze.

Im Anwendungsbereich von Tankstellen ist zwar die überwiegende Mehrheit der dort angebotenen Kraftstoffe leichter als 0,85 g/cm³. Wenn man jedoch Mischungen aus Fettsäuremethylester (FAME = Biodiesel) und Dieselkraftstoff mit einem FAME-Anteil größer 40 % betrachtet, so erreichen diese ebenfalls ein spezifisches Gewicht über 0,85 g/cm³ und würden damit bei Einsatz eines Koaleszenzabscheiders (Abscheider Klasse I) einen Dichtefaktor von 1,5 erforderlich machen. Bei der Planung neuer, aber auch beim Betrieb laufender Tankstellen sind zukünftige Perspektiven zu berücksichtigen. Und das beginnt bereits bei der Bemessung des Ölabscheiders.

Tabelle 2: Dichten für Mischungen aus FAME und Dieselkraftstoff (DIN 1999-101:2009-05)

LFA und hydraulische Leistung

Bemerkenswert ist, dass sich bei Anwendung von Leichtflüssigkeitsabscheidern Klasse I eine hydraulische Leistungsreserve ergibt, die zusätzliche Sicherheit gegenüber hydraulischer Überlastung bei der Flächenentwässerung bietet. So ergibt sich für eine Waschplatz-Anwendung mit 40 m² nicht überdachter Waschfläche und dem Einsatz eines Hochdruckreinigungsgeräts (HD-Gerät) bei Annahme einer Regenspende von 237 l/(s x ha) (= r 5/2 für Gernsheim = Regenspende von 5 Minuten Dauer und einer Wiederkehrzeit von 2 Jahren) für den Einsatz eines LFA Klasse I die Nenngröße 7,8, aufgerundet NS 8. Bei Wahl einer NS 8 ist aufgrund der konstruktiven Grundsätze der Abscheidernorm DIN EN 858-1 sichergestellt und im besten Falle auch unabhängig geprüft, dass die Abscheideranlage einen Durchsatz von 8 l/s hydraulisch verarbeiten kann. Die konsequente Anwendung von Dichtefaktoren trägt damit nicht nur einer erfolgreichen Abwasservorreinigung Rechnung, sondern bietet auch eine Chance, höhere Regenspenden als den statistischen Wert für r5/2 zu verarbeiten.

Tabelle 3: erforderliche Nenngröße (NS) eines Leichtflüssigkeitsabscheiders bei verschiedenen Anlagenkonstellationen (S-II-P, S-I-P, S-II-I-P) und unterschiedlichen Leichtflüssigkeitsdichten (Bemessungsgrundlage: nicht überdachter Waschplatz mit r = 237 l/(s*ha), A = 40 m², 1 HD-Gerät)

Wie oben bereits erwähnt, ist jedoch zu erwarten, dass die Verwendung der Anlagenschaltung S-II-P in der Regel nicht den Anforderungen kommunaler Entwässerungssatzungen mit einem Einleitgrenzwert von 20 mg/l Kohlwasserstoffkonzentration entspricht. Die Anlagenzusammenstellung S-II-P wird damit in der Regel nicht zur Anwendung kommen können. 

Mit der Entscheidung für den Einsatz einer LFA Klasse I lässt sich dann mehr hydraulische Leistungsreserve erschließen, wenn die maßgebliche Leichtflüssigkeit innerhalb der Leichtflüssigkeitsklasse von „über 0,85 bis 0,90“ (DIN EN 858-2) liegt. Dann muss ein Dichtefaktor von 1,5 gewählt werden. Damit einher geht eine potenzielle Leistungsreserve von 50 % der hydraulischen Leistung des Leichtflüssigkeitsabscheiders. Dies muss sicherlich hinsichtlich wirtschaftlicher Aspekte abgewogen werden. Entsprechende Überlegungen lohnen sich vor dem Hintergrund, dass der bestmögliche, störungsfreie Betrieb einer Entwässerungsanlage erreicht werden soll.

Auch ein Kostenvergleich mit der nächsten Nenngröße lohnt sich. Leichtflüssigkeitsabscheider zeigen häufig nur kleine Unterschiede im Preis für einen bestimmten Bereich von Anlagengrößen. Häufig ist eine Abscheideranlage Nenngröße NS 10 nur unwesentlich teurer als NS 6. Dagegen ist eine Anlage NS 15 häufig deutlich teurer als NS 10.

Fazit

Leichtflüssigkeitsabscheider leisten einen effektiven Beitrag zur betrieblichen Abwasservorreinigung und damit zum Schutz unserer Gewässer. Zwingende Voraussetzung hierfür ist jedoch die Abscheidbarkeit entsprechender wassergefährlicher Flüssigkeiten. Wenn diese gegeben ist (bedeutender Dichteunterschied, Nichtmischbarkeit mit Wasser, nicht verseifbar), sind Leichtflüssigkeitsabscheider verhältnismäßig robuste Anlagen, die aufgrund der Schwerkraft und Koaleszenz Abwasser reinigen. Bei Auswahl der richtigen Abscheideranlage sind zwingend die Bemessungsgrundlagen sowie Bestimmungen für Planung, Einbau und Betrieb der einschlägigen Normen zu berücksichtigen. Letztlich verbleibt Handlungsspielraum bei der Auswahl der Abscheiderzusammenstellung. Hierbei bietet die Anwendung eines Dichtefaktors > 1 auch die Chance für mehr Durchflusstoleranz bei Starkniederschlägen.

Autor:

Rolf Alexander Erhardt
Dipl.-Hyd. | Key Account Management Abscheider und Pumpstationen

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