Entwicklung

Mit der Bildung von zusammenhängenden Siedlungen entstanden auch Probleme durch Abfälle, Abwässer und Überflutungen. Deren einfache Entsorgung war ein Hauptgrund für die Entstehung von Siedlungen an Bächen und Flüssen; dadurch kann die natürliche Vorflut zur Ableitung genutzt werden.

Um Flut- und Regenwasser schnell und aus hygienischen Gründen Abwasser geordnet ableiten zu können, entwickelten sich schon vor langer Zeit erste Kanalisationen. Bei der Schwemmkanalisation wurden Abfälle und Abwässer durch Wasser weggespült. Meistens dienten dazu Regenwasser oder aber auch natürliche Gewässer. Schon im Altertum befasste man sich mit dem Problem der Abwasserbeseitigung und baute Entwässerungsleitungen in Städten. So entdeckten Archäologen in Mohenjo- Daro, nahe dem Fluss Indus in Pakistan, ein 4000 Jahre altes gemauertes Entwässerungssystem. Es wird zu den ältesten Kanalisationen der Welt gezählt. Noch heute können die aus Ziegeln gemauerten Hausanschlüsse und Kanäle besichtigt werden, welche das Abwasser ableiteten. Entwässerungskanäle lassen sich aber auch schon bereits 3000 v. Chr. im Euphrattal nachweisen. Schon zu Zeiten der Römer wurden Schwemmkanalisationen verwendet, meistens handelte es sich dabei allerdings um offene Gerinne, wegen des hohen Bauaufwandes waren Abwasserrohre selten. Die bekannteste römische Kanalisation ist die Cloaca Maxima in Rom. Ein Rest einer unterirdischen, römischen Abwasserkanalisation ist in der Kölner Altstadt noch heute begehbar.

Im frühen Mittelalter ging das Wissen um die hygienische Bedeutung einer geordneten Abwasserentsorgung weitgehend verloren, weshalb es über Jahrhunderte hinweg zu verheerenden Pest- und Choleraepidemien kam. Erst in der Neuzeit wurde in den aufgrund der Industrialisierung stark gewachsenen Städten eine geordnete Abwasserentsorgung essentiell. Im Jahre 1739 war Wien als erste Stadt Europas erstmals vollständig kanalisiert. Erst ab 1842 wurde in London mit dem Bau des Kanalisationssystems begonnen. Das erste moderne Kanalisationssystem auf dem europäischen Festland entstand ab 1856 in Hamburg nach dem Großen Brand von 1842.

Am Beispiel von Berlin lassen sich vier Phasen der modernen Wasserwirtschaft in Ballungszentren unterscheiden: 1856–1874, 1874–1900, 1900–1925, 1925–1940. Der Beginn einer zentralen Wasserversorgung kann bereits in der ersten Phase durch ein englisches Privatunternehmen realisiert werden. Übernahme des Wasserwerks in städtische Hand 1874. Danach der Ausbau zu einer flächendeckenden Grundversorgung bis 1900. Der Auf- und Ausbau eines leistungsfähigen Kanalisationssystems beginnt dagegen zeitversetzt in der zweiten Phase. In Berlin vermeiden längere empirische Untersuchungen unter der Leitung Rudolf Virchows schwerwiegende technische Fehler bei der Konzeption und dem Bau der Kanalisation und hohe Fehlinvestitionen, wie etwa in Frankfurt, Düsseldorf, Essen und Münster geschehen. Die Entwicklung der biologischen Abwasserreinigung und des Belebtschlammverfahrens folgte in den Jahren 1900–1940.

Entwässerungsverfahren

Die Abwässer, die von der Kanalisation erfasst werden, sind heute die Siedlungsabwässer von Haushalten und Kleingewerbe und zum großen Teil die Niederschlagsabwässer, die von Dachflächen und versiegelten Oberflächen abgeleitet werden. Zum Teil gelangen auch Industrieabwässer in die Kanalisation. Industrieabwässer werden meistens in firmeneigenen Kläranlagen oder Abscheideranlagen vorgeklärt. Wegen der sehr speziellen Verunreinigung durch Mineralöle, Salze oder andere Chemikalien ergeben sich besondere Reinigungsanforderungen bevor sie in größere (öffentliche) Systeme eingeleitet werden dürfen.

Bestanden in Deutschland und Österreich noch bis in die 1960er-Jahre hinein (in den ländlichen Gebieten bis in die 1990er-Jahre) viele Hausfäkalkanäle aus Senkgruben und Sickergruben, so wurde in den letzten Jahrzehnten von den Kommunen viel investiert, um diese Hausanlagen in Ortskanalisationen zusammenzufassen und die Abwässer Kläranlagen zuzuleiten. Das öffentliche Kanalnetz besteht aus Kanälen, Schächten, Sonderbauwerken (Regenüberlaufbecken, Abwasserpumpwerk, Pumpstationen, Kurvenbauwerken, Auslässen usw.) sowie, satzungsabhängig, Anschlussleitungen bis zu Grundstücksgrenzen bzw. Revisionsschächten.

Typen nach Abfluss

Nach dem Abfluss unterscheidet man folgende Entwässerungssysteme:
• Mischsystem (Mischkanalisation)
Haus-, Industrie und Niederschlagsabwässer werden gemeinsam abgeführt.
• Modifizierte Mischkanalisation
Schmutzwässer sowie behandlungsbedürftige Niederschlagsabwässer werden zusammen abgeführt. Nicht behandlungsbedürftige Niederschlagsabwässer werden vor Ort versickert.
• Trennsystem (Trennkanalisation)
Schmutzwässer werden in einem Kanal abgeführt, Niederschlagsabwässer in einem separaten Kanal. Wegen der in der Regel geringen Schmutzfracht von Regenwässern werden diese meistens direkt in Gewässer eingeleitet und nicht in Kläranlagen behandelt.
• Erweiterte Trennkanalisation
Schmutzwässer und behandlungsbedürftige Niederschlagsabwässer werden in separaten Kanälen abgeleitet. Nicht behandlungsbedürftige Niederschlagsabwässer werden vor Ort versickert.
• Sonderverfahren

Bei abgelegenen Gebäuden oder Siedlungen können, abhängig von Abwasseraufkommen und -beschaffenheit, auch Druck- oder Vakuumentwässerungsverfahren und Speicherung in abflusslosen Sammelgruben mit Entsorgung durch Fahrzeuge zur Entsorgung der Abwässer verwendet werden. Auch bei der örtlichen Abwasserreinigung durch Kleinkläranlagen (Tropfkörper, Belebtschlammverfahren, Pflanzenkläranlagen und Rieselfelder (Abwasserverrieselung)) sind Zuleitungskanäle erforderlich.
In Deutschland überwiegt bis heute die Mischkanalisation, mit der etwa 60 % der Siedlungsgebiete aller Einwohner entwässert werden. Beim Neubau von Anlagen wird vor allem in Wohngebieten aber meistens die Trennkanalisation verwandt. Auch wandelte sich die Entwässerungskonzeption in den letzten Jahren. Von der ableitungsorientierten Sicht und im Sinne einer wirtschaftlichen und ökologischen Sichtweise gewinnt die dezentrale Regenwasserversickerung vor Ort zunehmend an Bedeutung.

• Hauskanalisation
Rohrdurchmesser DN 100 (10 cm) bis DN 200 (20 cm)

Zu ihr gehören Ausgüsse, Toiletten, Dachentlüftungen und hausinterne Gullis (die Entwässerungsgegenstände). Die Hauskanalisation wird in das öffentliche Kanalnetz entsorgt oder mündet in Abwasserreinigungsanlagen beziehungsweise abflusslosen Sammelgruben in der unmittelbaren Nähe des zu entwässernden Objektes. Die Entwässerungsgegenstände eines Hauses werden über Geruchsverschlüsse (z. B. Siphon) angeschlossen und zu den Fallrohren entwässert. Die Fallrohre münden in den Grundkanal, der das Abwasser zum Hausanschlussschacht leitet. Eventuell ist eine Abwasserhebeanlage für tiefliegende Geschosse erforderlich. Um Schäden durch Rückstau aus dem Kanalnetz und daraus resultierende Überflutungen zu vermeiden, sollten alle Entwässerungsgegenstände über der Rückstauebene (zumeist die Strassenoberkante, da bei Überlastung der Ortskanalisation das Abwasser über die Schächte austritt und daher der Wasserspiegel im Ortskanal nur bis dort ansteigen kann) angeordnet sein. Rückstausicherungen sind für Entwässerungsgegenstände unterhalb der Rückstauebene vorzusehen, sind jedoch nicht völlig zuverlässig, wenn diese nicht den einschlägigen Normen entsprechen. Da im Gebäude die Entwässerung nach dem Trennsystem zu erfolgen hat, darf die Fallleitung der Dachrinnen nicht auf die Grundleitung geschlossen werden. Dieses geschieht am besten im Revisionsschacht. Die Fallrohre sind über Dach zu entlüften, um ein Leersaugen von Geruchsverschlüssen zu verhindern sowie eine Abführung der Gerüche aus dem Kanalnetz zu ermöglichen. Aus diesem Grund sollten auch in Grundkanälen keine Geruchsverschlüsse vorgesehen sein.

Beim Hausanschlussschacht bzw. im Entwässerungsnetz sollten Reinigungsöffnungen angeordnet werden. Als Material der Hauskanalisation wird zumeist Kunststoff, Grauguss oder Steinzeug eingesetzt. Die Materialwahl richtet sich nach der Aggressivität des Abwassers, dem Rohrdurchmesser, der Verarbeitung und den Kosten.

• Ortskanalisation Rohrdurchmesser DN 250 (25 cm) bis DN 800 (80 cm) Zu dieser gehören die Anschlusskanäle, die in Straßenkanäle münden, die zu Neben- und Hauptsammlern zusammengeführt werden. Die Hauptsammler leiten die Abwässer einer Kläranlage zu. Neben dem Leitungsnetz gibt es Speicherbecken sowie Regenüberläufe und Regenbecken, die direkt in Vorfluter münden. Sind (vor allem im ländlichen Bereich) längere Strecken zu überwinden, werden oft Pumpwerke angeordnet, um die Rohrquerschnitte kleiner halten und Höhenunterschiede überwinden zu können.

Kanäle

Üblicherweise weisen Abwasserkanäle ein Gefälle von 0,1 bis 2 % auf und eine Nennweite zwischen 200 mm (bzw. DN 250 nach den neueren technischen Regeln) und z. T. mehreren Metern auf. Die Kanäle sind in der Regel als so genannte Freispiegelleitungen ausgeführt, d. h. der Wasserstand im Rohr liegt unter dem Rohrscheitel; die Kanäle sind nur in Ausnahmefällen komplett mit Abwässern gefüllt (z. B. bei starken Regenereignissen bei Misch- oder Regenwasserkanalisation). In Sonderfällen (geringes Gefälle im Einzugsgebiet oder Transportleitungen) werden Unterdrucksysteme oder Druckleitungen verwendet. Ist das Rohrgefälle zu gering oder es sind Steigungen zu überwinden, müssen zusätzliche Pumpenanlagen vorgesehen werden. Zwischen längeren Rohrabschnitten liegen Kontrollschächte. Die Leitungen haben im Vergleich zu Trinkwasserleitungen große Querschnitte. Hauptabwassersammler in Ballungsräumen können begeh- und teilweise sogar mit Booten befahrbar (z. B. das Geest-Stammsiel bei den Hamburger Landungsbrücken) ausgeführt sein. Für entlegene Ansiedlungen (z. B. abgelegene Gehöfte, Wochenendhaussiedlungen) werden in Ausnahmefällen auch Druck- oder Vakuumentwässerungen oder um lange Kanäle zu vermeiden, dezentrale Kleinkläranlagen angewandt.

Früher wurden Kanäle häufig aus Ziegeln aufgemauert oder in Ton- bzw. Steinzeugrohren ausgeführt. Je nach Medium und Belastung der Rohre werden heute Kanäle in den verschiedensten Materialien wie Faserbeton, Guss, Stahl, Steinzeug, Kunststoff oder Beton ausgeführt.

Misch- und Trennsystem

Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten, das Schmutzwasser und das Regenwasser zu entsorgen. Entweder in einer gemeinsamen Leitung (Mischsystem oder Mischverfahren) oder in getrennt ausgeführten Leitungen (Trennsystem oder Trennverfahren). Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile.

Kosten

Das Mischverfahren verursacht normalerweise geringere Baukosten für den Leitungsbau als das Trennverfahren, da nur ein Kanal notwendig ist. Kläranlagen und Pumpstationen jedoch sind für große Wassermengen zu bemessen und werden damit baulich und betrieblich teuer. Das Trennverfahren hat den Vorzug der kleineren Kläranlagen und Pumpstationen mit entsprechend niedrigeren Bau- und Betriebskosten. Preislich liegen daher beide Systeme in etwa gleich auf.

Wandel

Dem Mischsystem wurde früher häufig der Vorzug gegeben, weil von relativ wenig Schmutzwasser ausgegangen wurde und die Starkregen als willkommene Spülung des Leitungsnetzes betrachtet wurden und der seltene Überlauf stark verdünnten Schmutzwassers in die Vorfluter toleriert werden konnte. Dafür wird bei Regenbeginn und kleineren Regen der Schmutz der Straßen vom Vorfluter ferngehalten.

Durch zunehmende Besiedelung und Verlängerung der Leitung wurde die Schmutzwasser-Grundlast immer größer und daher die Überlastfälle häufiger. Dadurch entstehender Kellerrückstau und entstehende Straßenüberschwemmungen sind wegen der mitgeführten Fäkalien besonders unangenehm. Entlastungsbauwerke und Rückstauverschlüsse werden notwendig. Wird in Überlastfällen eine Entlastung durch Regenüberläufe notwendig, gelangen Fäkalien ungeklärt in den Vorfluter, was die biochemische Verschmutzung sehr bis zu groß werden lässt.

In neuerer Zeit baut man daher vermehrt Trennsystem. Da zwischen der Schmutzwasserleitung des Grundstückes und dem Regenwasser-Straßenkanal keine Verbindung besteht, ist die Gefahr der Kellerüberstauung bei starkem Regen gering.

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