Maßnahmen zum Schutz der Elbe

Der Container Terminal Burchardkai in Hamburg verfolgt ein neues Entwässerungskonzept
© HHLA/Martin Elsen

Der Container Terminal Burchardkai, kurz CTB, ist mit einer Fläche von rund 1,4 Quadratkilometern der größte Containerterminal in Hamburg und eine zentrale Drehscheibe für den weltweiten Warenaustausch. Umweltbehördliche Vorgaben machten eine neue Entwässerungslösung für bestimmte Teilbereiche des Terminals erforderlich. Das auf den Verkehrsflächen anfallende Niederschlagswasser wird so stark belastet, dass es vor Ableitung in die Elbe gereinigt werden muss. Die Hamburger Hafen und Logistik Aktiengesellschaft (HHLA) als Betreiberin verfolgt jetzt peu à peu ein neues Entwässerungskonzept mit Regenwasserbehandlung.

Montage des Substratfilters ViaPlus: Ein Betonbehälter wird in die Baugrube gesetzt
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Die Zahlen beeindrucken: Der HHLA Container Terminal Burchardkai misst fast drei Kilometer Kailänge und stellt 23 Containerbrücken für Schiffe aller Größen zur Verfügung. Angeschlossen sind ein automatisches Blocklager und konventionelle Lagerflächen, ein Bahnhof sowie Plätze zum direkten Umschlag der Container auf Lkw. Jeden Tag schlägt die Anlage auf der ehemaligen Elbinsel Waltershof Tausende Container um. Die HHLA ist jedoch nicht allein ihrem wirtschaftlichen Erfolg verpflichtet, sondern muss auch Umweltauflagen erfüllen. Dazu zählt der Gewässerschutz, der bei einer Hafenanlage und ihren stark frequentierten Umschlagflächen große Bedeutung hat.

Viel Verkehr, viel Schmutz

Blick ins Innere des Substratfilters ViaPlus. In diesem Behälter erfolgt die Vorbehandlung des Regenwassers
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Die Flächen des CTB sind nahezu vollständig versiegelt und es müssen große Mengen Regenwasser entsorgt werden. Dieses Wasser wird direkt in das Waltershofer Hafenbecken und damit in die Elbe geleitet. Allerdings ist ein bestimmter Bereich des Terminals wegen hoher Verkehrslasten stark verschmutzt. Die Rede ist vom Teilgelände AE 18 – ein etwa 17 ha großes Areal mit Containerabstell- und Containerfahrflächen, Betankungszonen, Zu- und Abfahrts- sowie Wartebereichen für Lkw und einem Mitarbeiterparkplatz. „Aus diesen Bereichen abfließendes Regenwasser ist mit Stäuben, Öl und Reifenabrieb von Fahrzeugen verunreinigt“, berichtet Frank Holl, Projektingenieur der HHLA Container Technik GmbH. Vor der Einleitung in das Hafenbecken werden die Parameter zur Bewertung der Wasserqualität daher permanent gemessen.

Behörde verlangte Nachbesserungen

Die beiden Behälter des Substratfilters ViaPlus in der Baugrube
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2022 jedoch wurde die HHLA von der Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft (BUKEA) der Freien und Hansestadt Hamburg aufgefordert, die Notwendigkeit einer Regenwasserbehandlung vor Einleitung in das Hafenbecken zu prüfen.¹ Anlass dafür war das neue Arbeitsblatt DWA A-102 (Grundsätze zum Umgang mit Regenwasser). Die seit Dezember 2020 geltende Regelung verfolgt einen emissionsbasierten Ansatz und legt den Fokus auf den Rückhalt von feinen Sedimenten der Kategorie AFS63 (Partikelgröße kleiner als 63 µm). Das Ziel ist ein maximaler stofflicher Austrag von 280 kg/(ha·a). Demzufolge müssen die zu entwässernden Oberflächen ausgehend von ihrer Nutzung und der zu erwartenden Verschmutzung der Niederschlagsabflüsse in verschiedene Kategorien eingeteilt werden: Wasser von Flächen der Kategorie I kann dabei weiterhin ohne Behandlung in ein Oberflächengewässer eingeleitet werden; Wasser von Flächen der Kategorien II und III muss grundsätzlich vor der Einleitung behandelt werden. Untersuchungen ergaben, dass das ablaufende Niederschlagswasser der stärker belasteten Flächen mit dem vorhandenen System nicht ausreichend gesäubert werden konnte. Also machte die für den Gewässerschutz zuständige Behörde Nachbesserungen und eine neue Entwässerungslösung für das betroffene Gelände zur Auflage. Die Bukea verlangte ein neues Entwässerungskonzept und die Errichtung zusätzlicher Reinigungsanlagen, um die Einleitung von Schadstoffen auf ein zulässiges Maß zu senken. Konkret gab die Behörde Einleitbedingungen für die Werte AFS (Abfiltrierbare Stoffe) mit max. 30 mg/l vor. Weiterhin wurden für die Schwermetalle Zink und Kupfer Zielwerte von 0,05 mg/l (Zn) und 0,005 mg/l (Cu) genannt.

Neues Entwässerungskonzept gemäß DWA-A 102-2

Querschnittansicht des Substratfilters ViaPlus
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In der Folge beauftragte der Terminalbetreiber HHLA die Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker, Hoppegarten, mit der Erstellung eines Entwässerungskonzepts. Die Experten nahmen eine Bewertung des Gebiets nach den veränderten Anforderungen des Arbeitsblatts DWA-A 102 vor, inklusive einer detaillierten Flächenzuweisung. Sie bildeten Teileinzugsgebiete, berechneten AFS63-Frachten und bestimmten die notwendigen Reinigungsmaßnahmen. Weitere Arbeitspunkte waren eine Gegenüberstellung von Messwerten und berechneten AFS-Konzentrationen, eine Bewertung der Wirkung möglicher Reinigungsmaßnahmen und die Ermittlung weitergehender Maßnahmen, um die AFS63-Emissionen zu senken.

Dezentral ist flexibler

Der Lamellenklärer ViaTub III beim Einsetzen in die Baugrube
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Im Ergebnis ließen sich 57 Prozent der Flächen der Kategorie III und weitere 35 Prozent der Kategorie II zuordnen, was entsprechende Reinigungsmaßnahmen erforderlich machte. Der mittlere Stoffeintrag ins Gewässer wurde mit 622 kg/(ha·a) berechnet, wobei aber nur 280 kg/(ha·a) zulässig sind. Daraus resultierte eine rechnerische Mindestwirksamkeit der Regenwasserbehandlung von 55 Prozent und eine mindestens zu entfernende AFS63-Gesamtfracht von 4.816 kg/a. Dabei muss die Behandlung nicht zentral erfolgen und eine Teilstrombehandlung mit gleicher Wirksamkeit gilt als ebenbürtige Lösung. Die Alternative der dezidierten Reinigung von Teilströmen bietet hingegen noch den Vorteil einer wesentlich höheren Flexibilität bei der Wahl und Platzierung der dezentralen Reinigungsanlagen, gerade auch weil das Terminalgelände immer wieder Umgestaltungsprozessen unterliegt.

Dazu kommt noch eine höhere Sicherheit gegen Verschmutzungen, die durch das Versagen einer einzigen zentralen Reinigungsanlage entstehen könnten (Vermeidung eines „Single Point of Failure“). Und dezentrale Anlagen lassen sich leichter reinigen als eine sehr große und in diesem Fall auch tief verbaute zentrale Reinigungsanlage.

Das neue Entwässerungskonzept weist jedem Teileinzugsgebiet eine Reinigungsanlage zu. Zur Behandlung sind rund 25 Filterschächte, aber auch Lamellenklärer sowie ergänzende Filterrinnen und Filtertrummen vorgesehen. Mit einer berechneten Gesamtreinigungsleistung von 68 Prozent werden die geforderten AFS63-Werte (Mindestwirksamkeit 55 Prozent) sicher eingehalten.

Hoher Wirkungsgrad durch dreistufige Filterung

Die Planer entschieden sich für Substratfilter ViaPlus in Auslegungen für Flächen von bis zu 1.250 Quadratmetern, bis zu 3.800 Quadratmetern sowie bis zu 6.600 Quadratmetern. Im Falle noch größerer Einzugsgebiete können die unterirdischen Filter auch parallel betrieben werden. Die ersten beiden dieser Substratfilter wurden bereits 2024 eingebaut und sorgen seitdem für eine Verbesserung der Wasserqualität.

Der Lamellenklärer ViaTub III wird passgenau in die Baugrube abgelassen
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In den Filtern ViaPlus erfolgt der Durchfluss des Niederschlagswassers horizontal. Vorbehandlung und Filtration sind in zwei gemäß SLW 60 befahrbaren Stahlbetonbehältern nebeneinander angeordnet („Flächenfilter“). So besteht zwischen Zu- und Ablauf ein Höhenversatz von nur 300 Millimetern, was den Filterwiderstand verringert. Ein Hydrozyklon leistet die mechanische Vorbehandlung, und die abgetrennten Sedimente landen in einem Schlammspeicher. Darauf erreicht das Wasser das Filter- und Adsorptionselement. Ein Vorfiltervlies säubert es dann von abfiltrierbaren Stoffen, anschließend werden gelöste und emulgierte Stoffe wie Schwermetalle und Mineralölkohlenwasserstoffe abgetrennt. Bei starken Regenfällen erlaubt das Ablaufsystem einen hohen Durchsatz ohne Beeinträchtigung der Reinigungsleistung. Die Filter ViaPlus haben einen Wirkungsgrad von η ges. 80 Prozent hinsichtlich des Rückhalts von abfiltrierbaren Stoffen (AFS63),² sodass das behandelte Wasser direkt in die Elbe abgeleitet werden darf.

Neuer Lamellenklärer für die Flächenkategorie III

Im ViaTub III befindet sich die Sedimentationseinheit mit den schrägen Lamellen, über die der Schlamm in den Speicher abrutscht
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2025 wurde mit dem Lamellenklärer ViaTub III eine dritte Regenwasserbehandlungsanlage auf dem Gelände des Container Terminal Burchardkai eingebaut. Lamellenklärer bieten bei der Regenwasserbehandlung grundsätzlich den Vorteil, dass sie als verhältnismäßig kleine Bauwerke für große angeschlossene Flächen genügen. Allerdings ließen sich früher beim Betrieb solcher Anlagen im Dauerstau keine Wirkungsgrade über 50 Prozent AFS63 erzielen – zu wenig für die erhöhten Anforderungen des Arbeitsblatts DWA A-102. Der neuentwickelte Lamellenklärer ViaTub III jedoch erreicht einen Gesamtwirkungsgrad von 68,6 Prozent beim AFS63-Rückhalt.³ Das heißt, damit lässt sich Niederschlagswasser der Flächenkategorie III den Regularien entsprechend behandeln. Die anschließbare Fläche kann bis zu 96.000 Quadratmeter groß sein, bei dem in diesem Fall gewählten Bautyp sind es 19.200 Quadratmeter.

Überschüssige Wassermengen im Bypass

Der Lamellenklärer ViaTub III erhält seinen Betondeckel
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Voraussetzung für die Leistungsstärke des Lamellenklärers ist sein Verfahren der vertikalen Trennung von Sedimentationseinheit und Schlammlager sowie die Verwendung eines Bypass. Zur Behandlung fließt das Regenwasser über einen Zulauf in den rechteckigen Stahlbeton-Behälter (Innenmaße 5.200 Millimeter Länge, 2.400 Millimeter Breite, 3.160 Millimeter Gesamttiefe). Die Sedimentationseinheit besteht aus hexagonal angeordneten Lamellenkanälen, die durch ihre Neigung von 60° und ihre Form das Abrutschen des abgesetzten Schlamms begünstigen. Dieser wird in einem Speicher so weit unterhalb des durchflossenen Querschnitts gelagert, dass unter keinen Umständen Austrag erfolgt. Bei hydraulischer Belastung oberhalb der kritischen Regenspende springt automatisch der integrierte Bypass an. Die kritische Regenmenge läuft weiterhin durch die Sedimentationseinheit, während die überschüssige Wassermenge in einem Trennbauwerk nahe der Oberfläche in die Bypass-Leitung abgeführt wird und anschließend über ein Vereinigungsbauwerk in den Ablauf des Lamellenklärers gelangt. So kann es auch bei sehr viel Zufluss nicht zu einer Remobilisierung des abgesetzten Schlamms kommen.

Das Funktionsprinzip mit Bypass-Leitung entspricht den realen Bedingungen eines langfristigen Betriebs. Niederschlagswasser von versiegelten Flächen ist vor allem zu Beginn eines Regens stark verunreinigt und diese Mengen werden von ViaTub III zuverlässig behandelt. Wasser, das hydraulisch oberhalb der kritischen Wassermenge liegt, kann wegen des Verdünnungseffekts bei Starkregen bedenkenlos unbehandelt in ein Oberflächengewässer geleitet werden.

Monitoring belegt Erfolge

Querschnitt des Lamellenklärers ViaTub III mit Trenn- und Vereinigungsbauwerk für den Bypass
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Die HHLA hat 2024 mit der Umsetzung des Entwässerungskonzepts begonnen. Seitdem wird ein kontinuierliches Monitoring durchgeführt, um die Wirkung der neu installierten Behandlungsanlagen beurteilen zu können. „Wir überwachen an zehn Ablässen ständig die Wasserqualität und stellen bereits deutliche Verbesserungen fest“, sagt Frank Holl, Projektingenieur der HHLA Container Technik GmbH. Der Einbau neuer Substratfilter und Lamellenklärer soll nun so lange fortgesetzt werden, bis die Kriterien des DWA-Arbeitsblattes A-102 erfüllt sind.

Mall GmbH
www.mall.info

Autor: Holger Werner, Fachjournalist