Mehr Gewässerschutz durch sedimentieren und filtern: Ein Projekt der FH Münster

Das Team setzt auf die hybride Modellierung: Zusätzlich zur Simulation kommen Messungen und Versuche an einem physikalischen Modell eines Regenklärbeckens. Strömungen und Sedimentationsverhalten lassen sich auch hier untersuchen. (Foto: FH Münster/Maxi Krähling)

Das Team des Projekts "NaReFil" (v. l.): Eske Hilbrands, Prof. Dr. Helmut Grüning, Dr. Nina Altensell, Thorsten Schmitz und Fabian Elsner. (Foto: FH Münster/Maxi Krähling)

Regenklärbecken halten bislang ausschließlich durch Sedimentation und Tauchwände diverse Schmutz- und Schadstoffe aus Oberflächenabflüssen zurück, bevor diese in Gewässer eingeleitet werden. Aber weil sich Vorschriften für die Regenwasserbehandlung geändert haben, müssen bestehende Regenklärbecken überprüft und nachgerüstet werden.

Hier kommt das Projekt „NaReFil – Nachrüstung von Regenklärbecken mit Filtereinheiten zur Optimierung des Stoffrückhalts“ der FH Münster ins Spiel. Ein Team von Umwelttechniker*innen und Bauingenieur*innen um Prof. Dr. Helmut Grüning beschäftigt sich mit der Frage, wie Regenklärbecken mit Filtern optimiert werden können, um noch mehr Stoffe zurückzuhalten und somit den Gewässerschutz zu verbessern. „Bauingenieur*innen und Umwelttechniker*innen haben schon in der Vergangenheit kooperiert und sich die komplexen Aufgaben wie die Strömungssimulation, halbtechnische Modellierungen im Technikum und Messprogramme in bestehenden Bauwerken aufgeteilt.

Die sogenannte CFDSimulation, mit der sich die Strömung im Becken simulieren lässt, hat in der Vergangenheit die Arbeitsgruppe Wasserbau und Hydromechanik von Prof. Dr. Rainer Mohn vom Fachbereich Bauingenieurwesen durchgeführt. Nach dem Ruhestand des Kollegen habe ich diesen Bereich übernommen. Die Entwicklung von technischen Filtern ist bereits seit Jahren ein Untersuchungsschwerpunkt meiner Arbeitsgruppe“, sagt Grüning, Experte für Wasserversorgung und Entwässerungstechnik am Fachbereich Energie – Gebäude – Umwelt.

Erfahrungen mit Filtern in Regenklärbecken gebe es bisher nur durch wenige Pilotanlagen, die das Team um Grüning entwickelt und untersucht hat. Aktuelle Regelwerksentwicklungen führen zu höheren Ansprüchen an den Gewässerschutz, so dass bestehende Becken nicht mehr den Anforderungen entsprechen. „Betreiber von Regenklärbecken haben jetzt zwei Möglichkeiten: Entweder sie vergößern das Becken, was meistens sehr kostspielig und auch aus Platzgründen nicht immer möglich ist, oder sie bauen nachträglich einen Filter ein. Diese beiden Möglichkeiten stellen wir im Projekt gegenüber“, erklärt Eske Hilbrands, Umwelttechnikerin und Doktorandin bei Grüning.

Bevor aber irgendwelche Filter in den Becken eingebaut werden, muss der Status Quo erhoben werden. „Dafür setzen wir die CFD-Simulation ein und können zunächst Messergebnisse in jeder Größe und für jede Art von Regenklärbecken aufnehmen und im 3D-Modell darstellen. Darüber lässt sich auch ableiten wie schnell und wieviele Schadstoffe allein durch die Sedimentation zurückgehalten werden“, erklärt Dr. Nina Altensell, Bauingenieurin und ehemalige Nachwuchsprofessorin an der FH Münster. Sie hat für andere Projekte bereits mehrfach mit numerischen Modellen wie der CFD-Simulation erfolgreich gearbeitet.

Zusätzlich zur Simulation erhebt das Team aber auch Daten an einem realen Modell eines Regenklärbeckens und kann hier unterschiedliche Filter testen. „Trotzdem müssen wir alles neu aufbauen, müssen Parameter erstellen und die nötige Sensitivität der Filter ermitteln, damit wir die optimale Aufteilung zwischen Sedimentation und Filtration und ihre Anordnung zueinander bestimmen können“, sagt Bauingenieur Fabian Elsner.

Das Ziel ist klar: wirtschaftlicher und ökologischer sollen die Regenklärbecken werden. Förderung für das Projekt gab es vom Umweltministerium des Landes NRW. Erst nach der hybriden Modellierung gehen die Ingenieur*innen im zweiten Schritt des Projekts am konkreten Beispiel eines Regenklärbeckens in Warendorf in die Praxis über. „Auch hier starten wir erst eine Messkampagne. Wir ermitteln, welche Schadstoffe überhaupt aus dem etwa 3,8 Hektar großen Gebiet kommen, die an das Becken angeschlossen sind, und wie die derzeitige Reinigungsleistung ist. Erst dann bauen wir einen entsprechenden Filter ein“, sagt Thorsten Schmitz, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Grüning.

Jeweils für ein Jahr wollen die Wissenschaftler*innen die Daten im Becken erheben – sowohl ohne, als auch mit Filter. Zur Mitte dieses Jahres soll der Filter im Becken eingebaut sein und die Messungen im realen Versuch starten. Bis Ende 2024 läuft das Projekt noch insgesamt. Von ihren bisherigen Simulationen und Ergebnissen lassen sich jetzt schon Vorteile durch den Einsatz von Filtern ableiten. „Alleine mit der Sedimentation wird man nie das Ergebnis einer Filtration erreichen. So kann zum Beispiel Mikroplastik aus Reifenabrieb nicht durch Sedimentation zurückgehalten werden, das geht nur mit Filtern. Ziel ist es, dass Partikel kleiner als 63 Mikrometer gefiltert werden können“, ergänzt Schmitz. Das Gute aus der Kombination aus Sedimentation und Filtration wird sein, dass die Filter individuell für das jeweilige Einsatzgebiet und die dort anfallenden Schadstoffe konzipiert werden können. Daraus soll sich ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis ergeben.