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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Klärwerk Möhringen: Neubau Geröllfang - Physikalischer Modellversuch zur Untersuchung des Austrags von Sand aus einem Geröllfang"

Die Landeshauptstadt Stuttgart betreibt durch den Eigenbetrieb Stadtentwässerung (SES) unter anderem das Klärwerk Stuttgart-Möhringen. Zur Steigerung der Effektivität ist geplant, dem Zulauf des Sandfangs einen Geröllfang in Form einer Sohleintiefung vorzuschalten, um eine Trennung von Grob- und Feinfraktionen zu ermöglichen. Im Geröllfang ist ein flächiges Belüftungssystem vorgesehen, mit dem über mehrere Belüftungselemente der feinkörnige Sedimentanteil remobilisiert und abgetrennt werden soll, wohingegen der Geröllanteil in dem geplanten Becken verbleiben soll und nach Bedarf mit einem Greifer entfernt werden kann. Für die Untersuchungen wird zunächst ein einzelnes Belüftungselement im Rahmen von physikalischen Modellvorversuchen hinsichtlich seiner konstruktiven Gestaltung optimiert und die Größenordnung relevanter Betriebsparameter abgeschätzt. Basierend auf diesen Vorkenntnissen wird das gesamte Belüftungssystem unter Variation verschiedener Betriebsparameter im physikalischen Großversuch (Maßstab 1:1) untersucht, um zu überprüfen, welchen Einfluss die folgenden Parameter auf die Korngrößenseparation im Geröllfang ausüben: • Schichtdicke der aufliegenden Geröllschicht • Luftvolumenstrom für die Flächenbelüftung • Durchflussmenge im Zulauf zum Geröllfang • Belüftungsdauer und -intervall Basierend auf den Resultaten der Vorversuche wird ein einzelnes Belüftungselement mit einem Luftöffnungsdurchmesser von 1,0 cm und die darüber befindlichen Riffelbleche mit einer quadratischen Grundfläche von 8 cm x 8 cm gestaltet. Um eine Verkeilung von Feinsedimenten zwischen Bodenplatte und Riffelblech zu vermeiden, wird das Belüftungselement zusätzlich mit einem Anschluss für die Zufuhr von Wasser versehen (ca. 5 l/s Durch-fluss). Damit wird ein Eintrag von Feinmaterial in die Belüftungselement bei Abnahme der Luftzufuhr am Ende eines Belüftungsvorgangs durch eine gleichzeitige Füllung des Innenraums mit Wasser verhindert. Die Ergebnisse des physikalischen Modellversuchs im Maßstab 1:1 zeigen, dass sich eine Erhöhung des Luftvolumenstroms, eine Erhöhung der eingebauten Sedimentschicht (bzw. Verringerung des Abstands zwischen Sedimentoberkante und Kanalunterkante) und eine Erhöhung der Durchflussmenge im Zulauf positiv auf die Korngrößenseparation und den Austrag von Feinsedimenten auswirkt. Bei einem Luftvolumenstrom von 3000 m³/h, einer Sedimentschichtdicke von 80 cm, einer Durchflussmenge im Zulauf von 50 l/s und einer Be-lüftungsdauer von 4 x 10 s werden die höchsten Austragsraten erreicht (vollständiger Austrag von Korngrößen <1 mm). Wird der Luftvolumenstrom unter den gleichen optimalen Randbedingungen auf 350 m³/h reduziert, vermindert sich die Korngrößenseparation für Korngrößen < 1 mm um etwa die Hälfte.