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unilogo Universität Stuttgart
Institute of Hydraulic Engineering

Research: Hydraulic Laboratory

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Physikalische Modellversuche zur Untersuchung der hydraulischen Verhältnisse in den Nachklärbecken der Kläranlage Möhringen
Project manager:Prof. Dr.-Ing. Silke Wieprecht
Deputy:Dr.-Ing. Sven Hartmann, AOR
Research assistants:Dipl.-Phys. Gerhard Schmid
Duration:27.11.2009 - 15.2.2011
Funding:Tiefbauamt Stuttgart - Eigenbetrieb Stadtentwässerung (SES
Comments:

This project is part of the research area:
Hydromorphology

MMM- Monitoring, Measuring and Modelling


Abstract:

Die Landeshauptstadt Stuttgart betreibt durch den Eigenbetrieb Stadtentwässerung (SES) unter anderem das Klärwerk Stuttgart-Möhringen. Hier wird das Abwasser, nach der mechanischen Vorreinigung, in einer einstufigen Belebungsanlage behandelt. Diese besteht aus den Belebungsbecken, einem anschließenden Verteilerbauwerk und drei baugleichen Nachklärbecken. Beim Betrieb der Anlage sind seit Jahren Schwierigkeiten in einigen Anlagenteilen zu beobachten, die bereits mehrfach Gegenstand von Beurteilungen und Nachbesserungsvorschlägen waren. So kommt es im Verteilerbauwerk aufgrund des Übergangs zwischen einem Abfluss mit freier Oberfläche und Druckabfluss zu Schwall- und Sunkbewegungen mit starken Wasserspiegelschwankungen im Bereich der Teleskoprohreinläufe. Zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Beaufschlagung der Nachklärbecken existiert ein Umgestaltungsvorschlag der Firma Infra-Consult, der vorsieht, die Rohreinläufe durch seitliche Überlaufschwellen zu ersetzen. Desweiteren kommt es in den drei Nachklärbecken zeitweise, insbesondere bei großer hydraulischer Belastung, zu Schlammabtrieb aus den Becken. Dies führt zur Überschreitung der Überwachungswerte, insbesondere der abfiltrierbaren Stoffe.
Das Institut für Wasserbau (IWS) der Universität Stuttgart wurde nun gebeten, in einem physikalischen Modell einerseits die Neugestaltung des Verteilerbauwerks zu beurteilen und andererseits Lösungsvorschläge für die betrieblichen Probleme im Nachklärbecken zu entwickeln und einen entsprechenden Wirkungsnachweis zu erbringen.
Das Verteilerbauwerk wurde in der Versuchsanstalt für Wasserbau im Maßstab 1 : 5 nachgebildet und mit einer Vielzahl von Betriebszuständen beaufschlagt. Es kann nachgewiesen werden, dass mit der modifizierten Konstruktion für die untersuchten hydraulischen Belastungen ein sicherer, von Schwall- und Sunkbewegungen freier Betrieb gewährleistet werden kann. Für die Nachbildung eines Nachklärbeckens wurde der Maßstab 1 : 7 gewählt, um Einflüsse der Oberflächenspannung an der Überfallrinne so gering wie möglich halten zu können. Mehr als 20 verschiedene konstruktive Modifikationen des Mittelbauwerks wurden eingebaut und getestet. Zur Beurteilung der Wirkungsweise sind verschiedene Tracermessverfahren zur Anwendung gekommen, womit das Strömungsverhalten bzw. die Ausbreitungs¬charakteristik im Nachklärbecken qualitativ und quantitativ beschrieben werden kann. Ausgehend von Vorversuchen erfolgte schließlich die systematische Untersuchung von unterschiedlichen Geometrien und Anordnungen von Prallwänden und Umlenkblechen. Diese optimierten Varianten haben eine deutlich verlängerte mittlere Aufenthaltszeit und eine Verringerung der maximalen Ausbreitungsgeschwindigkeit sowie Auslaufkonzentration zur Folge und können die gegenwärtigen betrieblichen Schwierigkeiten deutlich verringern.