LAMELLENABSCHEIDER

Präsentation

Seit März 2010 werden Saint Dizier environnement Produkte in der Schweiz von Canplast vertrieben.

Mit über 40 Jahren Erfahrung ist Saint Dizier environnement Marktführer im Bereich Entwicklung und Lieferung schlüsselfertiger Anlagen zur Behandlung von Strassen-, städtischem und industriellem Regenabwasser sowie Anlagen mit gedrosselter Ableitung.

Anwendungen

System zur Behandlung des Regenwassers, mit dessen Hilfe die in der Schweiz für die Behandlung des Regenwassers geltenden Anforderungen erfüllt werden können (Eidgenössische Gewässerschutzverordnung (OEaux) und die VSA-Richtlinie «Regenwasserentsorgung»).

Eigenschaften

Saint Dizier environnement ist in der Schweiz bereits seit 20 Jahren tätig und hat bereits eine Reihe klassischer Produkte zur Behandlung von Oberflächenwasser auf den Markt gebracht, die Behandlung Mengen bis zu 1'000 l/s ermöglichen (z.B. Flughafen Genf, A9 Autobahn - Kanton Wallis).

Sortiment 

  • Lamellenabscheider aus S235 Stahl geschützt durch eine Beschichtung aus heiss polymerisiertem Polyurethan
  • Lamellenabscheider aus polyester
  • Sanierung vorhandener Betonbauten

Mineralölabscheider 
(PDF-Dateien in Französisch zum Download)

Stahl

 

Polyester

Systemeffizienz

Erhöhung der Leistungsfähigkeit der gemäss den geltenden Baunormen errichteten Dekantationsbecken mithilfe einer optimierten lamellaren Dekantation.

Zusammenfassung

Die Firma Saint Dizier environnement war im Jahre 2011 für den Ausbau von Dekantationsbecken für Regenwasser auf der Autobahn A9 in der Schweiz zuständig. Die Arbeiten bestanden aus der Dimensionierung und dem Ausbau der vorhandenen Dekantationsanlagen. Ziel war die Erhöhung ihrer Reinigungsleistung durch den Einsatz von Dekantations-Wabenstrukturen. Bei der Dimensionierung wurde von einer Absetzschwindigkeit unter 3 m/h ausgegangen. Ca. zwei Jahre nach der Beendigung der Arbeiten wurde eine Bewertung der Leistungsfähigkeit zweier Anlagen durchgeführt: in Les Sablons und l’Ile d’Epine. Bei einer Analyse der Teilchengrösse stellte sich die Effizienz der lamellaren Dekantation ganz klar heraus: 50% der Teilchen hatten einen Durchmesser unter 19,2 µm. Der Schlamm enthält Kohlenwasserstoffe und Verunreinigungen (PAK, Schwermetalle). Die beim Ausbau des Beckens verwendeten Prüf-, Dimensionierungs- und Entwicklungsmethoden können auf eine ganze Reihe zu errichtender und zu sanierender Anlagen angewandt werden.

Einführung

1 - Präsentation des Projekts

Elf Anlagen zur Behandlung von Fahrbahnwasser von der Autobahn A9, der die Filtrationsbecken nachgeschaltet sind, entsprachen nicht mehr den Gewässerschutz-Anforderungen. Aus diesem Grund wurde Saint Dizier Environnement 2010 vom Bauherren damit beauftragt, eine Prüfung der bestehenden Anlage durchzuführen, um einen Vorschlag zur technischen Verbesserung der Reinigungsleistung zu unterbreiten.

Die Autobahn A9 geht durch den südwestlichen Teil der Schweiz, zwischen Frankreich und dem Simplonpass. Die betroffenen Abschnitte befinden sich in der Nähe von und Saint Maurice und Evionnaz. Der tägliche Durchschnittsverkehr in dieser Region im Jahre 2014 belief sich laut dem Bundesamt für Strassen (OFROU) auf 37.300 Autos. In diesem Artikel geht es hauptsächlich um die Becken in Ile d´Epine und Sablons.

2 - Eigenschaften der Becken in Ile d'Epine et Sablons

Das Becken in Ile d´Epine dient zur Behandlung des Regenwassers von der Autobahn bei Kilometer 61,74 und hat eine Oberfläche von 1,5 ha. Das Autobahnwasser wird mithilfe von Rinnen entlang der Strasse angesammelt und anschliessend über eine Rohrleitung zur Behandlungsanlage geleitet.

Das Becken in Les Sablons, das sich bei Kilometer 65,95 befindet, dient zur Behandlung des Regenwassers, das sich auf einer Fläche von 4,5 ha ansammelt. Das Regenwasser wird von der Autobahn in Richtung Graben (Retentions-/Versickerungsrigolen) abgeleitet, die an die Strasse angrenzen und eine Versickerung des Wassers und seine Abführung in eine Sammelrohrleitung ermöglichen, welche zur Weiterleitung des Wassers zur Behandlungsanlage dient.

 Name Ile d'Epine Sablons
 Position 61.74 65.95
 DN Einlass 800 1'000
 Neigung  (mm/m) 6 2
 Fläche des Einzugsgebiets (ha) 1.5 4.5
 Beckengrösse (mm) 2'600 3'600
 Innenlänge gesamt (mm) 10'950 10'650
 Zurückgehaltene Behandlungsflussrate (l/s)
Basierend auf den vorhandenen Anlagen und
bibliografischen Daten zu Regenwasser
267 309
 Vorhandensein eines Überlaufrohrs zum Entfernen von überschüssigem Wasser oberer Überlauf oberer Überlauf
 Länge der Beruhigungskammer* (mm) 2'100 1'850
 Länge der lamellaren Struktur (mm) 7'250 7'500

Tabelle 1: Kenndaten der untersuchten Arbeiten

3 - Pflichtenheft

Die laut dem Pflichtenheft zu erfüllenden Kriterien sind:

  • Regenwasser von der Autobahn,
  • Auf Schwebstoffe ausgerichteter Abschlag > 60 % der Teilchen mit einem Durchmesser unter 50 μm,
  • Schwebstoff-Abschlag > 95 % der Teilchen mit einem Durchmesser über 100 μm.

Sanierung von Anlagen mit Lamellenabscheidern

1 - Dimensionierung

Es gelten folgende Grössenkriterien:

  • Gegenstromverfahren durch Schräglamellen von 20 mm Durchmesser im Dauerstau,
  • Sinkgeschwindigkeit der Schwebstoffe, ein für die Lamellenoberfläche geltendes Kriterium, notwendig zum Erreichen der Leistungsfähigkeit in Verbindung mit Schwebstoff-Parametern, aber auch CSB, BSB5, Schwermetallen und Kohlenwasserstoffen, zurückgehalten bei einem Maximalwert von 3 m/h bei der maximalen Behandlungs-Durchflussrate,
  • Einhaltung der hydraulischen Kriterien: Gleichverteilung des Wassers auf die Lamellenstrukturen mit Wabenmuster mittels Modellversuchen und Berechnungen, Reynolds-Zahl, Unter-Zellen-Höhe...,
  • Ableitungsrohre für dekantiertes Wasser,
  • Konsequente Retention des Schlamms zur Gewährleistung einer optimalen Nutzung der Anlage: Schlammraum, das Teil der Behandlungsstation darstellt, regelmässige Entleerungen durch einen Saugwagen; bleibt für länger als ein Jahr autonom.

2 - Eigenschaften der Lamellenabscheider nach Sanierung

Die gemäss den geltenden Baunormen errichteten Becken wurden 2012 saniert; die entsprechenden technischen Daten sind in der nachfolgenden Tabelle zu finden:

 Nom Ile d'Epine Sablons
 Position 61.74 65.95
 Projizierte Fläche der Waben (m2) 463 485
 Tatsächliche Sinkgeschwindigkeit (m/h) 2.1 2.3
 Nutzvolumen (m3) 64.1 65.6
 Beruhigungsvolumen (m3) (2) 12.3 11.4
 Abscheidungsvolumen (m3) (1)-(2) 51.8 54.2
 Unter-Zellen-Höhe (mm) 1'145 822
 Max. Schlammhöhe (mm) 460 250
 Gesamtes Schlammspeichervolumen (m3) 14.7 14.8
 Reynolds-Zahl 218 176

Tabelle 2: Kenndaten der Lamellenabscheider nach Sanierung der Becken

Die Sanierungsarbeiten (Abb. 1) bestanden aus:

  • Ausbau der Trennwand aus Edelstahl,
  • Verlegung eines Bodenbelags für die Lamellenstrukturen mit Wabenstruktur,
  • Installation der Lamellenstrukturen mit Wabenstruktur und der erforderlichen Befestigungsvorrichtungen,
  • Installation der Sammelrohre des dekantierten Wassers.
Séparateur lamellaire 02
Séparateur lamellaire 03

Abb. 1: Vor und nach Ausbau der Becken mit Lamellenabscheidern

Analytische und qualitative Bilanz zwei Jahre nach der Inbetriebnahme

1 - Quantifizierung und Qualifizierung der aufgefangenen Verunreinigungsstoffe

Als die Becken später entleert wurden, wurden Proben entnommen, um die Volumen und Massen der aufgefangenen Verunreinigungsstoffe nach 2 Jahren Betrieb zu kontrollieren. Die Entleerung und die Probenentnahme am 9. und 10. September 2014 bestand aus:

  • Abpumpen des Klarwassers (sichtbar sauber, Analysen vorgenommen), in das naheliegende Gewässer,
  • Pumpen des verunreinigten Wassers im unteren Teil der Anlage (Vertiefung), um einen Zugang zum Schlammraum und eine Probenentnahme zu ermöglichen,
  • Pumpen und Entfernen des Schlamms in der Mitte der Anlage,
  • Reinigung der Anlage und insbesondere der Lamellen mithilfe einer Hochdrucklanze, zuerst vom Einstieg aus und anschliessend direkt über den Lamellenstrukturen,
  • Abpumpen des Spülwassers.

Die Probenentnahmen fanden bei trockenem Wetter statt, seit den letzten Regenfällen waren bereits zwei Tage vergangen:

Becken Art der Probe
Ile d'Epine Schlamm in der Vorkammer
Ile d'Epine Schlamm im Abscheideraum unter der Wabenstruktur
Les Sablons Wasser im Auslauf
Les Sablons Schlamm im Abscheideraum unter der Wabenstruktur

Tabelle 3: Durchgeführte Entnahmen aus den Becken im September 2014

In den Abscheidern wurden folgende Verunreinigungsstoffe identifiziert:

  • Schwimmstoffe,
  • Aus der Dekantation von Schwebstoffen resultierender Schlamm.

Vor den Lamellen sind Beruhigungskammern vorgeschaltet:

  • Die Beruhigungskammer des Beckens in Ile d’Epine enthielt ca. 40 cm relativ festen, grobkörnigen Schlamm und Abfälle.
  • In Les Sablons ist dem Becken ein Schlammfang vorgeschaltet, der eine erste Dekantation von Schmutz gewährleistet. Es befindet sich sehr wenig Schlamm in der Beruhigungskammer des Beckens in Les Sablons. Dieser war feiner, flüssiger und recht homogen im gesamten Becken.
Lamellenabscheider Ile d'Epine Les Sablons
Schlammhöhe in der Beruhigungskammer 40 cm 10 cm
Schlammvolumen in der Beruhigungskammer 2.1 m3 0.67 m3
Schlammhöhe im Schlammraum unter den Lamellen  9.5 cm 10 cm
Schlammvolumen unter den Lamellen 1.8 m3 2.7 m3

Tabelle 4: Schlammmenge in den Becken

Der unterhalb den Lamellen beobachtete und gemessene Schlamm ist grösstenteils mit Feinpartikeln verbunden. Der grösste Teil wird vor den Lamellenblöcken zurückgehalten (Kanalnetz, Schacht, Beruhigungskammer; siehe Abb. 2).

Polluants piégés

Abbildung 2: Abgefangene Verunreinigungsstoffe in der Beruhigungskammer des Beckens les Sablons

Auf Abb. 5 ist der jährliche Anfall der Schwebstoffe (GUS) für jedes der Einzugsgebiete dargestellt, angefangen mit den experimental ermittelten Schlammvolumen und den vorgenommenen Messungen der Trockenheit und der Dichte des Schlamms in den Beruhigungskammern und unterhalb der Lamellen.

Becken Ile d'Epine Les Sablons
Fläche des Einzugsgebiets (ha) 1.5 4.5
Schlammvolumen in der Beruhigungskammer (m3) 2.1 0.67
Schlammtrockenheit (%) 75.6 76
Durchschnittliche Schlammdichte 1.5 1.5
Fluss trockener Schwebstoffe in der Beruhigungskammer (kg/ha/Jahr) 794 85
Schlammvolumen unter den Zellen (m3) 1.8 2.7
Schlammtrockenheit (%) 29.7 50
Durchschnittliche Schlammdichte (estimée) 1.3 1.3
Fluss trockener Schwebstoffe unter den Zellen (kg/ha/Jahr) 232 195
Gesamtfluss trockener Schwebestoffe (kg/ha/Jahr) 1'026 280

Tabelle 5: Bestimmung der jährlichen Schwebstoffflüsse bei jedem Einzugsgebiet

In der Literatur (CLT12) finden sich Informationen zu den durchschnittlichen Werten des jährlichen Schwebstoffanfalls pro Hektar bei 500-1200 kg/ha/Jahr für Einzugsgebiete von Strassen mit viel Verkehr.

Die Ergebnisse beim Becken in Les Sablons sind kleiner, als die Werte, die in der Literatur zu finden sind. Ein grosser Teil der Schwebstoffe wird im Schlammfang zurückgehalten; die Ergebnisse entsprechen daher den Werten in der Literatur.

Die Ergebnisse beim Becken in Ile d´Epine entsprechen den Durchschnittswerten in der Literatur.

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Eine Siebanalyse des Schlamms unter den Lamellen aus der Dekantationskammer des Beckens in Ile d’Epine wurde von einem COFRAC*-zugelassenen Labor unter Verwendung von Laser durchgeführt. (*Französische Akkreditierungsbehörde) Die Ergebnisse sind in Abb. 3 zu finden und zeigen eine sehr geringe Grösse der aufgefangenen Teilchen:

  • 10 % der Teilchen hatten einen Durchmesser unter 3,5 μm,
  • 50 % der Teilchen hatten einen Durchmesser unter 19,2 μm, was einem durchschnittlichen Durchmesser entspricht,
  • 75 % der Teilchen hatten einen Durchmesser unter 44,4 μm,
  • 90 % der Teilchen hatten einen Durchmesser unter 98,4 μm.

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Séparateur lamellaire_DE Figure 3

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Derart kleine Teilchen sind durch die Retention der grösseren Teilchen vor den Lamellen in der Beruhigungskammer zu erklären. Das Auffangen der kleinen Teilchen resultiert aus der geringen hydraulischen Oberflächenbelastung des Lamellenabscheiders. Diese hydraulische Durchflussrate beträgt 2,1 m/h bei einer Behandlungsmenge von 267 l/s, aber die überwiegende Mehrheit der Regenfälle resultierte in geringeren Mengen und daher in viel geringeren hydraulischen Belastungen, was sehr gute Ergebnisse beim Auffangen von Schwebstoffen garantierte. Die Unter-Zellen-Höhe ist wichtig und garantiert Fliessgeschwindigkeiten des Abwassers zwischen dem Schlammbett und dem unteren Teil der Zellen ohne dass der bereits aufgefangene Schlamm mitgenommen wird.

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Der Schlamm der Beruhigungskammer (Ile d’Epine) und der Kammern unterhalb der Wabenlamellen wurde ebenfalls analysiert; die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zu finden.

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Parameter Analysemethode Einheiten Ile d'Epine
Beruhigungskammer
Ile d'Epine
Abscheideraum mit Lamellen
Les Sablons
Abscheideraum mit Lamellen
Trockenmasse  ISO 11465 (A)  % mass MB  75.6  29.7 50.1
CSB (homogenisiert)  ISO 15705 (A) mg/kg MS 230 6'600 1'700
Kohlenwasserstoff-Index
C10-C40
 EN ISO 16703 (A) mg/kg MS 700 1'600 560
Zink  EN ISO 17294-2 (A) mg/kg MS 490 1'300 490
Cadmium  ISO 18287 (A)  mg/kg MS <0.5 0.5 <0.5
Blei  ISO 18287 (A)  mg/kg MS 16 65 37
PAK-Gesamtmenge  ISO 18287 (A) mg/kg MS 0.77 5.3 0.16

Tabelle 6: Verunreinigungsstoffe im Schlamm der zwei Lamellenabscheider

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Man kann feststellen, dass beim Einlauf des Beckens in Ile d’Epine mehr Trockenmasse vorhanden ist als beim Auslauf. Dies ist durch die Tatsache zu erklären, dass grosse Teilchen im Becken schneller als kleine Teilchen dekantiert werden, wodurch im Allgemeinen eine geringere Trockenheit entsteht.

Darüber hinaus ist in der Lamellen-Abscheideraum unterhalb den Waben ein viel höherer Anteil an zurückgehaltenen Verunreinigungsstoffen (CSB, Kohlenwasserstoffen, Metallen und PAK) pro Kilogramm Trockenmasse festzustellen, als in der Beruhigungskammer. Dies ist durch das Haften dieser Stoffe an Teilchen mit geringerer Grösse zu erklären.

Es hat sich herausgestellt, dass der Schlamm aus den Lamellen-Dekantationskammern im Einzugsgebiet in l’Ile d’Epine viel stärker verschmutzt ist, als in Les Sablons, wobei die Konzentration an CSB und Kohlenwasserstoffen 3 bis 4 Mal höher ist (bei PAK ist sie bis zu 30 Mal höher), ohne dass es dafür eine wirkliche Erklärung gibt, abgesehen vielleicht von einer höheren Kohlenwasserstoffzufuhr.

2 - Nutzung der Anlagen

Die entlang der Autobahn ausgebauten Becken sind leicht zugänglich, wobei Abscheider für einen Saugwagen leicht in unmittelbarer Nähe installiert werden können.

Das Klarwasser wird abgepumpt und in das naheliegende Gewässer abgeleitet. Im Rahmen der durchgeführten Analysen konnte die gute Qualität dieses dekantierten Wassers nachgewiesen werden (siehe Tabelle 7).

 Parameter Analysemethode Einheiten Sauberes Wasser in Les Sablons
Schwebstoffe  EN 872 (A) mg/L  <5
CSB (homogenisiert)  ISO 15705 (A) mg/L <15
Kohlenwasserstoff-Index C10-C40  EN ISO 9377-2 (A) mg/L <0.05
Zink  EN ISO 17294-2 (A)  μg/L <50
Cadmium  EN ISO 17294-2 (A) μg/L <1.5
Blei  EN ISO 17294-2 (A) μg/L <10
Leitfähigkeit  EN 27888 (A) μS/cm 170
pH 7.4 → 14.5°C

Tabelle 7: Analysen vom abgeleiteten Klarwasser des Beckens les Sablons

Der Schlamm wird von einem Saugwagen abgesaugt, woraufhin die Lamellen mithilfe einer Hochdrucklanze gereinigt werden (siehe Abb. 4). Pro Becken nimmt diese Massnahme ca. zwei Stunden in Anspruch, d.h. zusammen mit der Entleerung und Wieder Befüllung mit sauberem Wasser würde sie ca. einen halben Tag pro Becken in Anspruch nehmen.

Séparateur lamellaire 01

Die Wartung dieser Anlagen mit Wabenlamellen wurde unter sehr guten Bedingungen durchgeführt, mit bemerkenswerter Effizienz bei der Reinigung der Wabenlamellen; die Dauer dieses Prozesses wurde von den anwesenden Beteiligten unter Berücksichtigung der Grösse der Anlagen als effizient eingestuft.

Es sollte angemerkt werden, dass eine regelmässige Kontrolle dieser Anlagen mit regelmässiger visueller Inspektion und Messungen der Höhe des Schlammspiegels eine erfolgreiche Nutzung, Kostenersparnisse sowie ein reibungsloses Funktionieren der Anlagen ermöglicht.

Schlussfolgerung und Perspektiven

Eine Untersuchung der Sanierung der Becken in Ile d´Epine und Les Sablons versprach, eine massgeschneiderte, an die Besonderheiten jedes Beckens angepasste Lösung zu bieten. Die Ausstattung dieser Becken wurde mit einer hydraulischen Durchflussrate unter 3 m/h optimiert.

Die Becken wurden 2012 ausgestattet. Nach 2 Jahren Betrieb wurden die Anlagen entleert, und es wurden Proben entnommen.

Im Laufe der Analysen wurde deutlich, dass die Teilchengrösse beim Becken in Ile d´Epine (d50=19,2 µm) sehr gering ist, was auf eine hohe Effizienz des mit dem Lamellenabscheider ausgestatteten Dekantationsbeckens hinweist.

Der Ausbau der gemäss den geltenden Baunormen errichteten Anlagen ermöglicht eine Wiederverwendung der bereits vorhandenen Infrastrukturen und zugleich eine wesentliche Verbesserung ihrer Leistungsfähigkeit. Das Preis-/Leistungs-Verhältnis ist daher optimal.

Die durchgeführten Arbeiten und Kontrollen haben uns ermöglicht, neue Entwicklungsschwerpunkte zu erarbeiten, um die Nutzung und Wartung dieser unterirdischen Anlagen noch weiter zu erleichtern.

Bibliographie

CLT12, Verwaltung und Behandlung des Regenwassers. Zitierte technische Ausgaben

Sanierung vorhandener Betonbauten

Zahlreiche jahrzehntealte Betonbauten stellen Teile der Regenwassernetze dar. Die Bauten, die den geltenden Normen nicht mehr entsprechen, sind veraltet. Mit der Technologie, die wir Ihnen anbieten, können diese Bauten in bestimmten Fällen saniert werden, um sicherzustellen, dass sie den neuen Anforderungen entsprechen.

Eigenschaften

Den hydraulischen und geologischen Eigenschaften entsprechend, wird Ihnen ein technischer Vorschlag unterbreitet werden, um sicherzustellen, dass Ihre Vorrichtungen den geltenden Emissionsnormen entsprechen.

In zahlreichen Fällen wird die Lösung einen Abscheider von Feststoffen im Gegenstromverfahren durch Schräglammellen im Dauerstau beibehalten. Dieses Verfahren ermöglicht eine perfekt kontrollierte Dekantation dank einer perfekten Laminarströmung. Der Schlamm wird an den Innenseiten der Wabenlamellen aufgefangen und gleitet ganz natürlich in den Schlammraum unterhalb der Lamellen.

Ein Wassertrenner nach der Anlage ermöglicht eine Retention leichter Kohlenwasserstoffe.

Décantation à contre-courants
Abb.1 : Abscheidung im Gegenstromprinzip

Untersuchung und Entwicklung

Auf den untenstehenden Abbildungen ist ein mithilfe der Technologie „Abscheidung im Gegenstromverfahren“ sanierter Betonbau dargestellt. Die Grösse des Einzugsgebiets vergrösserte sich auf 4,5 ha mit einem Verkehrsaufkommen von ca. 20'000 Fahrzeugen pro Tag. Die vorgesehene Behandlungsrate beträgt 254 l/s.

Abb.2: 3D-Darstellung der Sanierung einer vorhandenen Betonanlage
Avant réhabilitation
Abb. 3: Hydraulischer Fluss vor der Sanierung
Après réhabilitation
Abb. 4: Optimierter Fluss nach der Sanierung
OBEN