Project description
(German)
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1. Problemstellung
Durch den Verkehr wird eine Vielzahl von Schadstoffen emittiert, welche sich teilweise auf Strassenoberflächen ablagern und in die nähere Umgebung verfrachtet werden. Zu erwähnen sind insbesondere Korrosionsprodukte von metallischen Werkstoffen an Fahrzeugen, Pneuabriebe, organische Produkte aus dem Verbrennungprozess in Motoren, Treibstoffadditive und Öl- und Schmiermittelverluste. Stoffspezifisch sind bei den Metallen Zink, Kupfer, Blei, Cadmium und Nickel zu erwähnen und auf organischer Seite gelten PAK und Benzinadditive als problematisch. Bei Regen werden diese Ablagerungen suspendiert oder gelöst und können mit dem sich bildenden Strassenabwasser verfrachtet werden. Abhängig vom gewählten Entwässerungssystem führen diese Stoffe in der Umwelt kurz- oder mittelfristig zu Problemen.
Obwohl Massnahmen an der Quelle offensichtlich langfristig die einzige erfolgreiche Lösung sind, muss kurz- und mittelfristig nach Möglichkeiten gesucht werden, die problematischen Auswirkungen besser zu kontrollieren. Die Übergangsstrategie muss sich deshalb auf zwei Pfeilern abstützen. Der wichtigste ist eine zunehmende Substituierung problematischer Stoffe im Fahrzeugbau und bei den verwendeten Energieträgern. Wenn dies noch nicht möglich ist, muss, als zweiter Pfeiler, mit dem Einsatz entsprechender Mittel dafür gesorgt werden, dass die negativen Auswirkungen der Schadstoffe im Strassenwasser auf die Umwelt minimiert und kontrollierbar werden.
2. Zielsetzung und Fragestellung
Dieses Projekt verfolgt zwei Ziele. Es sollen einerseits zuverlässige Informationen über die Schadstoffe im Strassenwasser, ihre Transportwege und Anreicherungsstandorte gesammelt und andererseits die Wirkung einer neuartigen Filterschicht zum kontrollierten Rückhalt derselben getestet werden. Das ausgewählte Strassenstück der Kirchbergstrasse in der Gemeinde Burgdorf BE (Verbindungsstrasse zwischen dem Autobahnanschluss Kirchberg und der Stadt Burgdorf) ist stark befahren und eignet sich deshalb vorzüglich für dieses Projekt. Der Asphaltbelag ist alt und deshalb für eine solche Versuchsanlage sehr geeignet. Seitlich der Strasse hat es teilweise freie Wiesen, auf denen das seitliche Verspritzen des Strassenwassers untersucht werden kann. Ebenfalls können dort Bodenproben analysiert und Proben von Sickerwasser entnommen werden.
3. Schadstoffe
Das BUWAL arbeitet an einer technischen Unterlage über die Behandlung von Strassenwasser. Demnach soll entsprechend der neuen Gewässerschutzphilosophie Strassenwasser in erster Priorität versickert werden, oder, wenn die Versickerung nicht möglich ist, in ein Oberflächengewässer eingeleitet werden. Dies gilt unter der Voraussetzung, dass das Gewässer nicht verunreinigt wird, und das zu versickernde Wasser als sogenannt nicht verschmutzt gelten kann. Strassenwasserabflüsse weisen jedoch eine grosse Schmutzstoffdynamik auf. Ein grosser Teil des Abflusses kann dabei als verschmutzt eingestuft werden womit sich Vorreinigungsmassnahmen aufdrängen. Die Qualität des Regenabflusses von Hauptstrassen ist deshalb von höchstem Interesse und soll im Rahmen dieses Projektes untersucht werden. Als relevante Stoffe werden Zink, Cadmium, Kupfer, Blei und Nickel betrachtet, sowie PAK, MTBE und weitere organische Stoffe. Folgende Fragen sollen beantwortet werden können:
Chemisch / physikalische Parameter (pH, TSS, Alk, T, LF)
Ablaufkonzentrationen inkl. Dynamik (Schmutzstoffstoss bei Regenbeginn)
Frachten
Chemisch / physikalische Speziierung
Massenbilanzen: Wie gross ist der Anteil der Schadstofffracht welcher gefasst und abtransportiert wird, im Vergleich zum Anteil, der verfrachtet und in der Umgebung abgelagert wird.
4. Schadstoffrückhalt
Ein Teil des gesammelten Strassenwassers wird über Filterpakete geleitet. Deren Aufgabe ist es, die erwähnten Schwermetalle und organischen Stoffe zu immobilisieren. Ein Filterpaket besteht aus zwei Einheiten, einem Geotextilsack und einem Adsorber. Während der Geotextilsack die Aufgabe hat, partikuläres Material abzutrennen und den nachgeschalteten Adsorber vor Kolmation zu schützen, soll der Adsorber die in gelöster Form vorliegenden Schadstoffe fixieren. Die Zusammensetzung des Adsorbers, Eisenhydroxid (50%) und Kalksand (50%), basiert auf Versuchsergebnissen der EAWAG. Darin konnte sowohl für Kupfer als auch für DOC eine sehr gute Retention festgestellt werden. Aufgrund einer Literaturstudie (Untersuchungen zur Eignung poröser Materialien zur Adsorption von Verunreinigungen im Meteorwasser, M.Steiner und M.Boller, 1997) kann aber erwartet werden, dass auch Zink, Blei, und Cadmium ähnlich gut fixiert werden können.
In dieser Anordnung kann diese Massnahme als neuartig bezeichnet werden. Es stellen sich deshalb die folgenden Fragen:
Wie gross ist die Kapazität von Geotextilien mit Adsorbermaterial zum Rückhalt von Strassenwasser-Inhaltstoffen?
Wie gross ist die Kapazität von Geotextilien ohne Adsorbermaterial zum Rückhalt von Strassenwasser-Inhaltstoffen?
Wie effizient ist der Rückhalt unter dynamischen Bedingungen?
Welcher Einfluss hat die Jahreszeit (Temperatur, Salz) auf die Retention?
Wie gross ist der Rückhalt von Schmutzstoffen in den Einlaufschächten?
Dimensionierung des Filterpaketes in Abhängigkeit des geforderten Wirkungsgrades (Adsorberhöhe 30 resp. 10 cm).
Einsatz und Einbaumöglichkeiten von Adsorberschichten im Strassenbau.
5. Messtechnische Einrichtungen
Die messtechnischen Einrichtungen bestehen aus der Strassenfläche, Pumpschacht, Messcontainer mit Filteranlage, Regenmesser, Probenehmern, Sammelbehältern, Steuerung und Datenaufzeichnung. Die einzelnen Komponenten werden folgend kurz skizziert.
Strasse
Das Versuchsgebiet umfasst eine Fläche von ca. 1800 m2 der Kirchbergstrasse. Das Strassenwasser wird gesammelt in Einlaufschächten mit Schlammsammler und fliesst durch Sammelleitungen zum Pumpschacht. Von dort fördert eine Pumpe mit einer Fördermenge von 1 l/s das Strassenwasser zum Messcontainer mit den Filterkolonnen. Bei grossem Wasseranfall wird ein Teil des Wassers im Pumpschacht gespeichert, der Rest fliesst in den Überlauf. Der Überlauf wird gemessen, so dass mit guter Genauigkeit eine Mengenbilanz erstellt werden kann.
Messcontainer mit den Filterkolonnen
Im Messcontainer befinden sich die folgenden drei Filterkolonnen von 100 cm Durchmesser:
Filterkolonne 1: 30cm Adsorbermaterial + Geotextilsack
Filterkolonne 2: 10cm Adsorbermaterial + Geotextilsack
Filterkolonne 3: Geotextilsack
Im Zulauf zu den Filtern und in jedem Ablauf befinden sich die Einrichtungen für die Probeentnahme. Die Entnahme der Proben erfolgt über Magnetventile, die mengenproportional geöffnet werden. Das Probewasser fliesst entweder in die 3 Probenahmeapparate (mit je 24 Probenahmeflaschen) bei dynamischer Beprobung oder in die Sammeltanks für Sammelproben.
Regenmesser
Kontinuierliches Erfassen der Niederschlagsmessungen in einer geringen Auflösung. Die Installation erfolgt auf dem Dach des Messcontainers.
Meteodaten
Zusätzlich zum Niederschlag wird die Lufttemperatur, die Windstärke und -richtung und die Luftfeuchigkeit gemessen.
Trocken- und Nassdepositionen
Messung von Trocken und Nassdeposition. Diese Werte sind für die Berechnung der Akkumulationsraten und der Wirkungsgrade der Schlammsammler und der Filter bezüglich beispielsweise Schwermetallen zentral.
Probenahme
Im Messcontainer befinden sich 3 Probenahmesysteme. In einem System werden die Proben des Strassenablaufes genommen, was dem Zulauf zu den Kolonnen entspricht, während in den anderen zwei der Ablauf der drei Filterpackungen beprobt wird. Aus der Differenz der Konzentrationen ist es möglich, den Wirkungsgrad sowie das dynamische Verhalten zu berechnen, bzw. zu beobachten. Die Probenahme wird Q-proportional gesteuert, wobei die Probenahmezeitpunkte vorgegeben werden können.
Messung der Verkehrsbelastung auf der Kirchbergstrasse
Die Belastung des Verkehrs auf der Versuchsfläche kann von der permanenten Messstelle Kirchbergstrasse des Tiefbauamtes des Kantons Bern übernommen werden. Dies Messstelle befindet sich nur wenige Hundert Meter von der Versuchsanlage entfernt.
Überwachung der Strasseneinlaufschächte und Schlammsammler
Ein Teil der Abschwemmungen von den Strassenflächen wird in den Strasseneinlaufschächten zurückgehalten und bei Starkregen wieder ausgeschwemmt. Das Verhalten dieser Bauwerke wird deshalb ins Versuchsprogramm miteinbezogen.
6. Projektpartner
Berner Fachhochschule
Hochschule für Technik und Architektur Burgdorf
Abteilungen Bauingenieurwesen und Elektrotechnik, 3400 Burgdorf
BUWAL
Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft
3003 Bern
ASTRA
Bundesamt für Strassen
3003 Bern
EAWAG
Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung
und Gewässerschutz, 8600 Dübendorf
Amt für Gewässerschutz und Abfallwirtschaft des Kantons Bern
Reiterstrasse 11, 3011 Bern
7. Projektorganisation
Das vorliegende Projekt wird als Gemeinschaftsprojekt realisiert werden. Die folgenden Personen werden am Projekt mitarbeiten:
Projektleitung
Peter Kaufmann, Dozent für Siedlungswasserbau, HTA-Burgdorf
Prof. Dr. Markus Boller, Professor für Siedlungswasserwirtschaft, EAWAG
Dr. Ueli Ochsenbein, Leiter Gewässer- und Bodenschutzlabor, GSA
Dr. Heribert Bürgy, Chemiker, Gewässer- und Bodenschutzlabor, GSA
Daniel Lanz, Dozent für Elektrotechnik, HTA-Burgdorf
Eugen Studer, Abteilung Gewässerschutz und Fischerei, BUWAL
Roger Pfister, Abteilung Projektierung und Landerwerb, ASTRA
Projektierung und Realisierung der Versuchsanlage
Peter Kaufmann, Dozent für Siedlungswasserbau, HTA-Burgdorf
Daniel Lanz, Dozent für Elektrotechnik, HTA-Burgdorf
Bruno Gerber, Assistent Elektroabteilung, HTA-Burgdorf
Ernst Kipfer, Technischer Angestellter, Elektroabteilung, HTA-Burgdorf
René Wälchli, Strasseninspektor, Tiefbauamt des Kantons BE, Kreis IV, Burgdorf
Hansjörg Riesen, Stadtbauamt Burgdorf
Überwachung des Betriebs und Probenahme
Bruno Gerber, Assistent Elektroabteilung, HTA-Burgdorf
Ernst Kipfer, Technischer Angestellter, Elektroabteilung, HTA-Burgdorf
Fritz Muralt, Technischer Angestellter, Bauingenieurabteilung, HTA-Burgdorf
Markus Bracher, Laborant, Gewässer- und Bodenschutzlabor, GSA
Wasseranalysen
Dr. Ueli Ochsenbein, Leiter Gewässer- und Bodenschutzlabor, GSA
Elmar Scheiwiller, Laborant, Gewässer- und Bodenschutzlabor, GSA
Datenauswertung
Peter Kaufmann, Dozent für Siedlungswasserbau, HTA-Burgdorf
Prof. Dr. Markus Boller, Professor für Siedlungswasserwirtschaft, EAWAG
Michele Steiner, Doktorand bei Prof. Dr. M. Boller, EAWAG
Bruno Gerber, Assistent Elektroabteilung, HTA-Burgdorf
Begleitender Ausschuss
Dr. Franz Baumberger, Vicedirektor, Chemiker, HTA-Burgdorf
Hansjörg Frei, Dozent für Verkehrswegebau, HTA-Burgdorf
Eugen Baer, Leiter Abwasserentsorgung, GSA
Michael Stämpfli, Bauingenieur, Abteilung Grundwasseschutz, GSA
Walter Bordbeck, Kreisoberingenieur, Tiefbauamt des Kantons Bern
Ueli Steiner, Stadtbaumeister, Stadtbauamt Burgdorf
Patronat
Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute (VSA)
Vereinigung Schweizerischer Strassenfachleute (VSS)
8. Zeitplan
Herbst 2001 Installation der Messeinrichtungen
März 2002 Beginn Messbetrieb
März 2004 Ende Messbetrieb
9. Meilensteine
März 2002 Abnahme der Messeinrichtungen
Oktober 2002 1. Zwischenbericht
Oktober 2003 2. Zwischenbericht
Oktober 2004 Entwurf Schlussbericht
Dezember 2004 Schlussbericht, Publikation der Resultate in der Fachpresse
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