Freigefälledruckleitungen zur Abwasserüberleitung

Zielstellung

Freigefälledruckleitungen (Gravitationsleitungen) sollen Wasser (Abwasser) unter Ausnutzung des freien Gefälles ohne zusätzliche Energie von einem Punkt A zum Punkt B transportieren. Eine normalerweise übliche Druckanhebung im Einlaufbereich (Pumpenförderung) oder Druckabsenkung im Auslaufbereich (Vakuumentwässerung) ist bei ausreichender Energiehöhe nicht erforderlich. Ein Vorteil gegenüber Freispiegelkanälen ist ihr geringer Durchmesser, keine regelmäßigen Schächte und die "freie" Trassierung in üblichen Verlegetiefen, so daß mehr auf Ökologie und Naturschutz Rücksicht genommen werden kann. Auf Mindestgefälle braucht nicht geachtet zu werden, die Leitung kann, solange kein Unterdruck auftritt, abschnittsweise steigend verlegt oder auch gedükert werden. Die hydraulische Dimensionierung dieser Rohrleitung stellt dann ein Problem dar, wenn Lufteinschlüsse, Verschmutzungen und der diskontinuierlichen Abwasseranfall berücksichtigt werden müssen. Um die Skepsis und Unsicherheit beim Einsatz von Freigefälledruckleitungen zu beseitigen, fehlen einfache Dimensionierungshilfen. Der Lufteinschluss bei Druckrohrleitungen mit Hoch- und Tiefpunkten kann zur Behinderung oder Verhinderung der Strömung führen. Ähnliche Probleme sind auch bei der Pumpenförderung bekannt (Schmalzl, 1999), wobei bei Freigefälledruckleitungen keine Reserven zur Anhebung der Drucklinie vorhanden sind. Die vom Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie in Auftrag gegebene Studie (Aigner, 1998) und der dazu veröffentlichte Beitrag in der Korrespondenz Abwasser (Aigner, 2000) behandeln dieses Problem. Ab 1.10.2000 läuft an der TU Dresden ein Forschungsprojekt, finanziert vom Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie, zu dieser Thematik.

Freigefälledruckleitung (System)

Probleme mit der Luft ?

Lufteinschlüsse führen in geschlossenen Leitungen an Hochpunkten ohne Entlüftung zum Anstieg der Drucklinie um die Höhen der luftgefüllten Abschnitte der Rohrleitung. Im Extremfall kann der gesamte Rohrabschnitt zwischen einem Hoch- und Tiefpunkt mit Luft gefüllt sein (Füllvorgang oder nach Druckluftspülungen). Daraus leitet sich der Nachweis für die Funktionsweise einer Freigefälledruckleitung ab (Empfehlungen als PDF-Datei). Lufteinschlüsse an Hochpunkten können durch den Einbau eines Entlüftungsventils (z.B. als Handentlüftung) verhindert werden.

Abflussverhinderung durch Luft

Selbstentlüftung

Eine Selbstentlüftung der Strömung ist möglich, wenn eine ausreichende Geschwindigkeit in der Rohrleitung vorhanden ist. Mindestfließgeschwindigkeiten zur Selbstentlüftung wurden von verschiedenen Autoren in Versuchen ermittelt. Bekannt sind die Untersuchungen von Gandenberger (1957) die ins Merkblatt des DVWK W403 aufgenommen wurden, aber weit unter den Werten neuerer Untersuchungen z. B. Bollrich (1977), Krug (1988), Wisner (1975) und Walther/Günthert (1998) liegen.

Entlüftungsgeschwindigkeiten - aus Versuchen ermittelt

Mindestfließgeschwindigkeiten zur Selbstentlüftung

Überwindung von Hochpunkten

Liegt die Drucklinie für die voll gefüllte Leitung unterhalb eines Hochpunktes mit Be- und Entlüftung, dann muss der Druck zur Überwindung des Hochpunktes auf dessen Niveau ansteigen und der anschliessende fallende Rohrabschnitt wird zur Freispiegelleitung. In steilen Leitungen bildet sich eine Wasser-Luft-Gemischströmung mit dynamischen Bewegungen komprimierter Luftballen.

Pumpenförderung

Analoge Probleme treten bei der Pumpenförderung auf. Durch Reserven in der Förderhöhe lassen sich diese jedoch besser überwinden. Kritischer sind hier die dynamischen Vorgänge z. B. durch einen zyklischen Pumpenbetrieb zu betrachten. Druckstöße, wechselnde Durchflüsse ober- und unterhalb einer Geschwindigkeit zur Selbstentlüftung, Verschmutzungen von Be- und Entlüftungsventilen und geräuschvoller Luftaustritt sind hier die dominierenden Fragen.

Literaturhinweise

Aigner, Detlef und Thumernicht Sven: Geregelte Freigefälledruckleitungen zur Abwasserüberleitung. Wasserbauliche Mitteilungen Heft 21, TU Dresden, 2002, ISBN 3-86005-297-7
Aigner, Detlef: Freigefälledruckleitungen zur Abwasserüberleitung. Korrespondenz Abwasser- Wasserwirtschaft Abwasser Abfall. Heft 6, 2000
Aigner, Detlef: Einsatzmöglichkeiten von Gefälledruckleitungen. Studie zum Einsatz von Freigefälledruckleitungen für die Überleitung von Abwasser. Im Auftrag des Sächsischen Landesamtes für Umwelt und Geologie Dresden. November 1998
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Dresden, den 1.11.2002