Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik

Der Siedlungswasserbau betrifft im wesentlichen:

  • die Wasserversorgung und
  • die Abwassertechnik.

Seit einigen Jahren werden auch die Aufgaben der Abfalltechnik zugeordnet.

Die Wasserversorgung beschäftigt sich mit den Aufgaben der:

  • Wassergewinnung,
  • Wasseraufbereitung,
  • dem Wassertransport und der Wasserspeicherung sowie
  • der Wasserverteilung.

Kaum jemand, der täglich den Wasserhahn zu Hause aufdreht, macht sich Gedanken darüber, woher dieses Wasser eigentlich kommt, warum es in so einer guten Qualität vorhanden ist und wer sich mit diesen Aufgaben beschäftigt. In der Wassergewinnung geht es darum, die natürlichen Wasserressourcen Grundwasser und oberirdisches Wasser für den häuslichen oder gewerblichen Bedarf zu erschließen. Wesentliche und wichtigste Quelle für die Wasserversorgung ist aufgrund seiner in der Regel guten Qualität das Grundwasser. Während früher hautsächlich Quellfassungen die Wasserversorgung sicherstellten, werden heute vorrangig Tiefbrunnen eingesetzt, welche durch den Ingenieur / Ingenieurin dimensioniert werden müssen. Kenntnisse über Grundwasservor­kommen und Grundwasserbewegung sind hierfür erforderlich.
Eine besondere Form ist die Regenwassernutzung als Quelle der Wasserversorgung. Auch diese Thematik wird im Rahmen der Vorlesungen behandelt.
Auch sauberes Grundwasser, insbesondere aber verschmutztes Oberflächenwasser, muss für die Trinkwassernutzung aufbereitet werden. Dazu gibt es verschiedene physikalische, chemische und biologische Verfahren, deren Randbedingungen der Ingenieur kennen muss, bevor er diese Dinge in der Praxis umsetzt.  

Bild 2: Regenwassernutzung

Nach der Wasseraufbereitung schließen sich der Wassertransport und eine Wasserspeicherung an. Der Wassertransport erfolgt durch Pumpen. Auch die Pumpendimensionierung, die Festlegung von Art und Größe sowie die Bemessung der Rohrleitungen für die Wasserversorgung sind Aufgaben des Bauingenieurs.  
Zum Ausgleich zwischen den Nutzungsschwankungen eines Tages wird das Wasser zwischengespeichert. Dafür sind große Behälter erforderlich, die durch den planenden Ingenieur bemessen werden müssen.

Bild 3: ältere Gliederpumpe
Bild 4: Trinkwasserbehälter

Letztlich schließt sich die Wasserverteilung an. In jeder Straße eines Siedlungsgebietes liegt heute unterirdisch versteckt eine Wasserversorgungsleitung. Diese Leitungen sind so zu dimensionieren, dass auch in Spitzenzeiten alle Haushalte mit sauberem Wasser in ausreichendem Druck versorgt werden. Darüber hinaus muss die Wasserversorgungsleitung auch im Brandfall gewährleisten, dass ausreichend Löschwasser für die Feuerwehr zur Verfügung steht. Die Bemessung der Verteilungsnetze erfordert aufwendige Berechnungsverfahren, die zum Teil durch EDV-Programme erleichtert werden.
Die Abwassertechnik ist ein eigener großer Schwerpunkt der Ausbildung. Sie lässt sich untergliedern in die folgenden Aufgabenschwerpunkte:

  • Entwässerung
  • Abwasserreinigung und
  • die Schlammbehandlung.

Die Entwässerung beinhaltet auch den Transport, die Ableitung und ggf. die Reinigung von Regenwasser. Vor dem Verlegen der Rohrleitung müssen die Abwassermengen, ihre Herkunft und ihre Schwankungen sowie die statistischen Wahrscheinlichkeiten von Regenereignissen und deren Abflüssen abgeschätzt werden.

Bild 5: Betonrohrleitung mit Einstiegschacht und Trockenwetterrinne

Während man vor wenigen Jahren im wesentlichen nur zwei Entwässerungssysteme kannte - nämlich das Trennverfahren, in dem Regenwasser und Schmutzwasser in getrennten Leitungen abgeführt werden und das Mischsystem, in welchem Regenwasser und Schmutzwasser in einer gemeinsamen Leitung Richtung Kläranlage transportiert wurden - gibt es heute alternative Entwässerungsverfahren, die unter dem Begriff „naturnahe Regenwasserbewirtschaftung“ zusammengefasst sind. Danach soll das Regenwasser so nah wie möglich am Ort des Niederschlages zurückgehalten oder versickert werden.

Bild 6: Beispiel für naturnahe Regenwasserbewirtschaftung

Da die Kläranlagen auch bei Regenwetter nur geringe Schwankungen des Zuflusses ver­kraften können, sind beim Mischsystem innerhalb des Kanalnetzes Entlastungsbauwerke und Speicherbauwerke vorhanden. In den Speicherbauwerken werden Regenwasser und Schmutzwasser während des Regenereignisses zurückgehalten und nach Regenende weiter in Richtung Kläranlage geleitet. Die Größen dieser Becken sind durch anspruchs­volle Berechnungsverfahren so zu dimensionieren, dass die entlastete Schmutzfracht den vorgegebenen Emissionsbedingungen entspricht. Die Entlastungs- und Speicheranlagen selbst sind durch den Ingenieur zu bemessen und zu dimensionieren. Dies betrifft nicht nur das Betonbauwerk, sondern gleichfalls die technische Ausrüstung und ggf. Reini­gungseinrichtungen wie z. B. Spülkippen, die abgelagerte Stoffe nach Regenende aufwirbeln und in Richtung Kläranlage weitertransportieren sollen. 

Bild 7: Systemzeichnung eines Regenüberlaufbeckens mit Spülkippen

Auch die Anforderung an das Netz selbst und die zulässige Überlastung des Netzes sind heute anspruchsvoller als vor wenigen Jahren. So werden vorrangig instationäre Transportmodelle eingesetzt, welche den Zufluss und den Abfluss der einzelnen Entwässerungsleitungen simulieren und damit auch eine Überstauhäufigkeit für das Kanalnetz ermitteln können.  
Auch für die Dimensionierung der Versickerungsmulden der naturnahen Regenwasserbe­wirtschaftung kann durch EDV-Unterstützung erfolgen. Dabei werden über große Zeit­räume (häufig mehr als 20 Jahre) die Niederschläge in 5-Minuten-Schritten unterteilt, auf ein Entwässerungsnetz als Belastung aufgegeben. Die Programme ermitteln dann Zufluss, Abfluss und Überstau der einzelnen Versickerungsmulden.
Nahezu jeder größere Ort besitzt eine eigene Kläranlage für das anfallende Schmutz­wasser. Neben großen Baumaßnahmen und deren Durchführung sind durch den Bauinge­nieur auch die Randbedingungen der Verfahrenstechnik festzulegen.

Bild 9: Systemskizze einer Kläranlage
Bild 10: Luftbildaufnahme der Kläranlage Trier

Ähnlich wie bei der Wasserversorgung kommen hier physikalische, chemische und biologische Verfahren zum Einsatz. Zum Schutz der Gewässer werden biologische Vorgänge technisch unterstützt und auf der Kläranlage durchgeführt. Dazu kommen die unterschiedlichsten Mikroorganismen in komplexen Verfahren zum Einsatz. Die Grundlage für die Kenntnis der Verfahren wird schon im zweiten Semester in der Vorlesung „Baubiologie“ gelegt.
Bei der Abwasserreinigung fallen Nebenprodukte an, die als sogenannter Schlamm eine besondere Behandlung erfahren müssen. Auch hier kommen physikalische, chemische und biologische Methoden zum Einsatz, die von dem Bauingenieur festgelegt und entspre­chend der vorhandenen Situation vorgeschlagen und ausgeführt werden. Die Planungs­aufgabe bezieht sich dabei sowohl auf die Verfahrenstechnik als auch auf die ingenieur­mäßige Umsetzung in der dafür vorgesehenen Umgebung. Wie bei der Entwässerung und Abwasserreinigung unterscheidet man hier zwischen eher technischen und eher naturnahen Verfahren.

Bild 11: Schlammvererdung

Der Bereich Abfalltechnik untergliedert sich in die Abfallwirtschaft und die Abfallentsorgung. Im Rahmen der Abfallwirtschaft werden entsprechende Entsorgungs­konzepte festgelegt. Dazu ist es erforderlich, die vorhandenen Abfallmengen zu erfassen und qualitativ zu unterscheiden sowie die künftige Entwicklung abzuschätzen.
Die Abfallentsorgung bezieht sich heute nicht mehr allein auf die Deponierung von Abfällen. Parallel werden Kompostierung oder mechanisch-biologische Abfallvorbehandlung sowie thermische Abfallbehandlung betrachtet.