Titelthema: Ein modernes Unternehmen

leistet professionellen Service

ISSN 1863–7035 Hef t 27 November 2018

DIEWASSER

MACHERBESSER

kompetenz wasser K ö ln e r Fa c h j o u r na l f ü r A b w a s s e r , H o c hw a s s e r s c hu t z un d G e w ä s s e r

Impressum

Inhalt

Herausgeber: Stadtentwässerungs-betriebe Köln, AöR (StEB Köln)

Ostmerheimer Straße 55551109 Köln (Merheim)Telefon 0221/221.2 89 41Fax 0221/221.6 62 89 41www.steb-koeln.de

Redaktion:Büro für Journalismus und PRManfred KasperStEB Köln — Unternehmenskommuni-kation, Andrea Bröder, Ralf Bröckerv.i.S.d.P. Otto Schaaf, Vorstand

Gestaltung:Dr. Andreas Pohlmann, Köln

Realisation:inpuncto:asmuth, druck + medien gmbh, Köln in Kooperation mit Manfred Kasper, Büro für Journalis-mus und PR, Köln

Bildnachweis: Bettina Fürst-Fastré; Peter Jost; Manfred Kasper, StEB Köln

Druck und Verarbeitung:inpuncto:asmuth druck + medien gmbh, Köln

ISSN: 1863-7035

Titelbild: Foyer StEB Köln;Foto: Peter Jost

3 Editorial Otto Schaaf, Dipl.-Ing., Vorstand StEB Köln, AöR

4 Automatisierung aus Erfahrung — Möglichkeiten und Grenzen der Innovation von Analyseverfahren im Abwasserbereich

Guido Eßer, Dr. rer. Nat., Dipl.-Chem., Abwasserinstitut, Sachgebiet Analytik, StEB Köln, AöR

9 Under Pressure — Die Inlinerprüfung senkt Kosten und beschleunigt Prozesse in der Kanalsanierung

Alexander Zinck, Sachgebietsleiter Verwaltung Abwasserinstitut, StEB Köln, AöR

12 Gemeinsam gegen die Überflutungsgefahr — Der kanalseitige Hochwasser-schutz in Köln

Frank Rüsing, Dipl.-Ing., Generalentwässerungsplanung und Gewässerhydrau-lik, StEB Köln, AöR; Ingo Schwerdorf, Dipl.-Ing., Wasserwirtschaftliche Planun-gen, StEB Köln, AöR

18 Nachhaltigkeit und Mobilität — Betriebliches Mobilitätsmanagement bei den StEB Köln

Simone Kraus, Strategisches Energiemanagement, StEB Köln, AöR

23 Forschen für die Zukunft — Erfahrungen zum Umbau einer Vierten Reinigungs-stufe auf Klärwerken

Manuel Hartenberger, Dipl.-Ing., Zentrale Aufgaben, Klärwerke und Entsor-gung, StEB Köln, AöR

28 Partnermodelle für die Zukunft — Gemeinsam mit anderen Kläranlagenbetrei-bern fördern die StEB Köln eine Klärschlammkooperation im Rheinland

Jörn Kleimann, Dipl.-Ing., Betrieb, StEB Köln, AöR; Dr. Ergün Yücesoy, Dr.-Ing., Stabstelle Sonderaufgaben Betrieb, StEB Köln, AöR

32 Technisch und wirtschaftlich sinnvoll — Die Realisierung der Rechengutzerklei-nerung (RGZ) und erste Betriebserfahrungen

Gerhard Marx, Dipl.-Ing, Ingenieurbau, StEB Köln, AöR; Alexander Sawatzki, Dipl.-Ing, Ingenieurbau, StEB Köln, AöR

36 Vom Asset zur Strategie — Assetmanagement für die betrieblichen Bereiche bei den StEB Köln

Heinz Brandenburg, Dipl.-Ing., Hauptabteilungsleiter Betrieb, StEB Köln, AöR; Robert Luciani, Sachgebietsleiter Technisches Controlling, Betrieb, StEB Köln, AöR; Christoph Weith, Dipl.-Ing., Sonderaufgaben Betrieb, StEB Köln, AöR

40 Aktuelle Meldungen 42 Summaries

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Liebe Leserinnen und Leser,

mit der aktuellen Ausgabe der kompetenz wasser wollen wir die Breite unseres Hand-lungsspektrums ein wenig sichtbarer machen. Unter der Überschrift »Ein modernes Unternehmen leistet professionellen Service« haben wir daher den Blick auf innova-tive Lösungen und nachhaltiges Handeln gerichtet.

Innovation wollen wir in vielen Bereichen nutzen. So setzen wir in unserem Ab-wasserinstitut auf innovative Analytik, um in hoher Qualität, aber auch mit hoher Wirtschaftlichkeit möglichst zeitnah Ergebnisse vorlegen zu können. Da wir zahlrei-che Sanierungen mit Inlinern durchführen, haben wir uns entschlossen, die Qualitäts-sicherung selbst in die Hand zu nehmen und auch diese innovative Entwicklungen zu fördern. Beim Thema der Spurenstoffelimination sehen wir aufgrund der bisherigen Ergebnisse aus unserem Forschungsvorhaben AdOx interessante Ansätze in der mög-lichen Kombination von Ozonung und Aktivkohleeinsatz. Perspektivisch möchten wir gerne herausfinden, ob eine solche Kombination nicht nur zu einem verbesser-ten Gesamteliminationsgrad führt, sondern auch unter Wirtschaftlichkeitsaspekten vertretbar ist. Beim Asset Management schließlich geht es darum, unsere Entschei-dungen über Investitionen und Instandhaltungsmaßnahmen belastbarer zu machen. Deshalb wollen wir gemeinsam mit anderen Betreibern Strukturen entwickeln, aus denen heraus wir Wege zu einer höheren Wirtschaftlichkeit beschreiten wollen.

Die StEB Köln sind ein nachhaltiges Unternehmen. Das lässt sich an konkreten Aktivitäten in unterschiedlichen Bereichen festmachen. So haben wir uns aktiv mit der Frage einer nachhaltigen Mobilitätsentwicklung auseinandergesetzt und hierzu erste Schritte im Sinne der Nachhaltigkeit eingeleitet. Durch die jüngste Novelle der Klärschlammverordnung ist uns der Weg zum Phosphorrecycling rechtlich vor-gegeben. Derzeit befassen wir uns sehr intensiv mit der Fragestellung, wie wir diese Entwicklung gemeinsam mit unseren Partnern erfolgreich und nachhaltig gestalten können. Einen Weg zu mehr Nachhaltigkeit sehen wir aber auch in der Nutzung unseres Rechengutes als Energiequelle. Seit vielen Jahren bereits erproben wir Ver-fahren für eine verlässliche Zerkleinerung der Stoffe, mit deren Hilfe wir sicherstellen wollen, dass der Vorteil aus einem Gewinn an Energie nicht durch betriebliche Pro-bleme neutralisiert wird.

All das macht deutlich: Es ist ein breites Spektrum an Themen, das Sie in der vor-liegenden Ausgabe der kompetenz wasser finden. Ich wünsche Ihnen bei der Lektüre viel Freude und interessante Anregungen.

Ihr Otto SchaafVorstand der StEB Köln

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Die Innovation von analytischen Verfahren hat in der Regel drei Antreiber: Schnelligkeit, Nachweisstärke und Kosten. Geht es bei erstgenanntem Argument vor allem darum, dass der Kunde möglichst nicht auf Analysergebnisse warten möchte, so stehen bei den beiden anderen Aspekten das Erreichen niedriger Belastungskonzentrationen und das Einsparen von Personal- und Materialkosten im Fokus.

Dabei sind im Falle der Abwasser- und Klärschlammanalytik einige Randbedingungen zu beachten. Zum einen sind dies gesetzliche Anforderungen, die die Anwendung bestimmter Verfahren zwingend vorschreiben (z. B. Abwasserverordnung, Klärschlammverordnung), zum anderen existieren für ausge-wählte Parameter Qualitätsvorgaben aus den Merkblättern zur Analytischen Qualitätssicherung (AQS) der Länderarbeits-gemeinschaft Wasser (LAWA).

Auch da, wo die beiden vorgenannten Rahmenbedingun-gen nicht einschlägig sind, ist ein analytisches Labor gut bera-ten, Aufträge nach den anerkannten Regeln der Technik auszu-führen. Das bedeutet, sich nach entsprechenden DIN-Normen zu richten, insbesondere aus der Sammlung der Deutschen Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammunter-suchung. Gleichermaßen ist es eine wichtige Voraussetzung, um die Vergleichbarkeit und die Gerichtsfestigkeit von Analy-seergebnissen sicherstellen zu können.

Die bisherigen Ausführungen zeigen, dass die Einführung von Innovationen in der Analytik oft nicht so einfach ist wie es auf den ersten Blick scheint. Ein Grund dafür ist, dass man sich im Rahmen relativ enger Grenzen bewegt. Häufig kann es da-her nicht darum gehen, ein gänzlich neues — möglicherweise viel schnelleres, empfindlicheres und billigeres — Messverfah-ren zu implementieren, wenn dieses (noch) nicht dem Stand der Technik entspricht und eine Vergleichbarkeit und Gerichts-festigkeit nicht gegeben sind.

In der Regel wird der Fokus möglicher Innovationen also darauf liegen, Teilschritte eines Analyseverfahrens, die heute noch manuell ausgeführt werden müssen, künftig — unter Be-achtung der DIN-Normen — zu automatisieren. Das sorgt meist schon für einen höheren Probendurchsatz, da die automatisier-ten Anlagen auch über Nacht arbeiten.

Ein Ansatz zur Einsparung von Materialien ist das Down-scaling von Verfahren. Dabei wird aufgrund eines geringeren Probeneinsatzes auch die Menge der verwendeten Chemikali-en reduziert, wobei dies nicht die untere Anwendungsgrenze des Verfahrens (Bestimmungsgrenze) beeinträchtigen darf. Zu-dem besteht im Abwasserbereich — anders als in Medizin und

Biologie — in der Regel kein Mangel an Probematerialien, so dass nicht gezwungenermaßen mit Kleinstmengen gearbeitet werden muss. Gerade bei feststoffbelasteten Proben kann es darüber hinaus problematisch sein, wenn die Teilprobe nicht mehr repräsentativ ist und damit die Messunsicherheit steigt. Diese, durch die Statistik bestimmte Gesetzmäßigkeit lässt sich auch durch noch so gute Technik nicht aushebeln. Der Weg, ein Verfahren zu miniaturisieren, muss also gut durchdacht sein, damit es im Verlaufe des Prozesses nicht zu Nachteilen kommt.

Herausforderungen an ein automatisiertes Analysesystem

Das Dilemma der Abwasseranalytik liegt darin, dass es die ty-pische Abwassermatrix eigentlich gar nicht gibt. Das Spektrum reicht vom klaren Ablauf einer Kläranlage bis zu extrem stark getrübten und undurchsichtigen Abwässern, die eine Vielzahl ungelöster Feststoffpartikel enthalten. Diese können durchaus Ausmaße im unteren Millimeterbereich haben.

Da viele Abwasserinhaltsstoffe ganz oder teilweise an die Partikel gebunden sind, muss das Analyseverfahren für derar-tige Stoffe sowohl die Wasserphase als auch die Feststoffe er-fassen können. Wichtig dabei ist, dass einerseits das Verhältnis Wasserphase/Partikel nicht schon bei der Zuführung in das Analysesystem verändert wird, etwa durch zu enge Schlauch-verbindungen, die schnell verstopfen können. Andererseits sind die meisten Messverfahren (als abschließender Teil des gesamten Analyseverfahrens) nicht in der Lage, mit ungelös-ten Stoffen umzugehen. Das heißt, die vorgeschaltete Proben-vorbereitung muss die Analyten aus dem Feststoffanteil quan-titativ in Lösung bringen.

Vor diesem Hintergrund führt das Abwasserinstitut der Stadtentwässerungsbetriebe Köln, AöR (StEB Köln) regelmäßig neue Automatisierungsverfahren unter Berücksichtigung der technischen Entwicklungen ein, wobei die Erfahrungen aus der über 50jährigen Tätigkeit im Sektor der Abwasser- und Klär-schlammanalytik einbezogen werden. Im Folgenden werden aktuelle Beispiele für innovative Analysesysteme vorgestellt: die Bestimmung der Anionen mit der Ionenchromatographie (IC) und die Bestimmung von Quecksilber mit Kaltdampf-Atomabsorptionsspektroskopie (CV-AAS).

Möglichkeiten und Grenzen der Innovation von Analyseverfahren im Abwasserbereich

Guido EßerDr. rer. Nat., Dipl.-Chem., Abwasserinstitut, Sachgebiet Analytik, StEB Köln, AöR

Automatisierung aus Erfahrung

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Die Bestimmung der Anionenmit der Ionenchromatographie (IC)

Bei der IC-Methode handelt es sich um eine lange schon eta-blierte Technik, bei der Anionen (z.B. Fluorid, Chlorid, Sulfat, Nitrit, Nitrat oder Phosphat) an einem Ionenaustauscher von-einander getrennt und anschließend anhand ihrer elektrischen Leitfähigkeit nachgewiesen und quantifiziert werden (siehe Abb. 1). Die genannten Parameter haben in der Abwasser-analytik eine große Bedeutung. Dementsprechend wird mit diesem Verfahren auch bei den StEB Köln eine Vielzahl von Messungen durchgeführt.

Prinzipiell kann die Technik ausschließlich gelöste Analy-ten erfassen. Das bedeutet jedoch nicht, dass man sich um Feststoffe in der Abwasserprobe nicht zu kümmern braucht. Um die Erwartung an die IC erfüllen zu können, nämlich eine kurze Analysezeit, die saubere Trennung mindestens der oben genannten Anionen und einen Messbereich bis hinab zu 0,1 Milligramm pro Liter (mg/l), muss die Trennung an einer ty-pischerweise 25 Zentimeter langen Ionenaustauschersäule erfolgen, die aus dicht gepackten, ca. 5 Mikrometer (μm) klei-nen Teilchen besteht. Die Säule muss dennoch eine Trägerflüs-sigkeit (Eluent) passieren lassen. Zudem ist die Trennleistung des Gesamtsystems umso besser, je weniger Volumen die Ver-bindungsschläuche zwischen den Komponenten aufweisen. Folglich müssen die Leitungen möglichst kurz und vor allem eng sein, ihr Durchmesser liegt üblicherweise bei 0,1 bis 0,25 Millimeter. Die Realität hat gezeigt, dass ein derartiges Ensem-ble offensichtlich nicht mit stark partikelbelastetem Abwasser kompatibel ist. Trennsäule und Leitungssystem wären dann sehr schnell verstopft und unbrauchbar.

Als geeignete Probenvorbereitung für diesen Fall hat sich die Filtration über sogenannte Membranfilter mit einer Poren-größe von 0,45 μm erwiesen. Das bringt zum Teil mühsame Handarbeit mit sich, denn oft ist es nicht einfach, ein ausrei-chendes Probenvolumen zu erreichen. Hinzu kommt, dass die Filter auch einen Kostenfaktor darstellen.

Ein weiteres Hindernis ist, dass die IC, ebenso wie die meis-ten anderen analytischen Methoden, aufgrund physikalischer Grenzen einen sehr engen linearen Messbereich aufweist, der sich hier etwa über eine Dekade erstreckt. Echte Abwasserpro-ben enthalten aber Konzentrationen der genannten Anionen im Bereich von unterhalb 1 mg/l bis über 1000 mg/l, das ent-spricht drei bis vier Dekaden. Ergebnis ist, dass die Proben vor der Messung in der Regel verdünnt werden müssen, um den Messbereich zu treffen. Zudem sind die Konzentrationsverhält-nisse zwischen den verschiedenen Anionen von Probe zu Probe sehr unterschiedlich. So kann es sein, dass bei einer Probe die Nitrat-Konzentration ohne Verdünnung im Messbereich liegt, man aber für Chlorid eine Verdünnung vornehmen muss und für Sulfat eine noch höhere Verdünnung notwendig wird. Das kann bei der nächsten Probe wieder ganz anders sein. Auch die hier beschriebenen Verdünnungsschritte sind, ebenso wie die Filtration, klassische Handarbeit.

Filtration und Verdünnung bergen aufgrund der bislang ge-wonnenen Erkenntnisse ein hohes Potenzial für eine Automa-tisierung. Das im Abwasserinstitut der StEB Köln eingesetzte Gerät verfügt bereits über eine Crossflow-Filtration, bei der nur ein kleiner Teil der Probe als Filtrat abgezogen wird. Der größe-re Teil fließt parallel an der Filteroberfläche vorbei und trans-portiert die meisten Partikel mit sich. Zusätzlich werden nach der Filtration einer Probe automatisch bis zu drei Spülschritte

Abb. 1: Schema der Ionenchromatographie (IC)

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durchgeführt. Die genaue Anzahl und Dauer kann je nach Er-fordernissen programmiert werden. Dadurch erreicht das Filter-medium eine hohe Standzeit und kann dementsprechend für viele Proben verwendet werden. Für die Verdünnung entnimmt ein Dosierautomat ein bestimmtes Volumen der Probe, fügt entsprechend dem geforderten Verdünnungsverhältnis Reinst-wasser hinzu und mischt anschließend.

Die Kriterien, nach denen die dabei eingesetzte Software entscheidet, wann und wie eine Verdünnung durchzuführen ist, sind je nach Situation unterschiedlich. Ein erstes Szenario wäre der ›Blindflug‹ — das heißt, es gäbe keinerlei Vorwissen über die zu analysierende Probe, was durchaus vorkommen kann. In diesem Fall würde die Probe zunächst unverdünnt ge-messen, die Software würde anhand der Kalibrierkurven für die verschiedenen Parameter feststellen, ob die Messung für einen oder mehrere Parameter oberhalb des gültigen Messbe-reichs liegt. Anschließend würde ein möglichst sinnvoller Ver-dünnungsfaktor geschätzt und die Messung damit wiederholt. Diese Prozedur würde so oft durchgeführt, bis alle Parameter im Messbereich liegen. Ein Verfahren, das mit ziemlicher Si-

cherheit zum Ziel führt, zugleich aber auch sehr zeitaufwändig sein kann, da jede einzelne Messung rund 15 Minuten dauert.

Im zweiten Szenario, bei dem gewisse Vorkenntnisse über die Probe vorhanden sind — zum Beispiel die elektrische Leit-fähigkeit oder Erfahrungen mit Proben von bestimmten be-kannten Messstellen — kann der Anwender der Software einen Verdünnungsfaktor für die erste Messung vorgeben. Nur wenn die Parameter trotzdem oberhalb des gültigen Messbereichs liegen, muss eine weitere, automatisch veranlasste Verdün-nung vorgenommen werden.

Ein dritter, durchaus häufiger Fall ergibt sich, wenn für die Untersuchung der Probe bestimmte Parameter nicht relevant sind. So weisen die Parameter Chlorid und Sulfat oftmals re-lativ hohe Konzentrationen im Abwasser auf, beide sind aber für die Selbstüberwachung des Klärwerksbetriebs nicht von Be-deutung. Um auszuschließen, dass die IC in einem solchen Fall lange, aber sinnlose Verdünnungen vornimmt, konnte die Soft-ware so eingerichtet werden, dass einzelne Parameter von der automatischen Verdünnung ausgeschlossen werden können.

Abb. 2: Ablaufschema zur Quecksilberbestimmung

leicht in die Elementform überführen, in der es als einziges Me-tall unter Standardbedingungen flüssig ist. Damit verbunden ist eine, im Gegensatz zu anderen Metallen hohe Verdamp-fungstendenz (auch bei Quecksilberverbindungen, insbeson-dere den organischen). Hier muss die Probenvorbereitung da-für sorgen, dass das Quecksilber letztlich in eine einheitliche Bindungsform überführt wird, ohne dass Verluste durch Ver-dampfung auftreten. Aufgrund seiner speziellen Eigenschaf-ten nimmt das Quecksilber eine Sonderrolle in der Analytik von Schwermetallen ein.

Ausgehend von den bereits genannten Randbedingungen erfordert die Quecksilberbestimmung zahlreiche Einzelschrit-te (siehe Abb. 2). Bei der abschließenden Messung mit der CV-AAS ist die sogenannte Fließinjektionsanalyse (FIA) seit einigen Jahren Stand der Technik. Sie ist weitgehend automa-tisiert, die zeitaufwändige Probenvorbereitung hingegen nicht.

Im Labor des Abwasserinstitutes der StEB Köln wird heute ein Gerät der Nippon Instruments Corporation (RA-4500, sie-

Die Bestimmung von Quecksilbermit Kaltdampf-Atomabsorptionsspektroskopie (CV-AAS)

Die Bestimmung von Schwermetallen im Allgemeinen und Quecksilber im Besonderen stellt besondere Anforderungen an die Analytik. Zum einen liegen die zu messenden Konzentrati-onen hier im Spurenbereich (Mikrogramm pro Liter). Das birgt das Risiko, im Analysegang Kontaminationen oder aber Ver-luste an Analyten zu erleiden. Zum anderen treten die Metalle im Abwasser oft an Feststoffen gebunden auf, während die gängigen Messverfahren nur mit Lösungen sinnvoll umgehen können. Daher ist eine Probenvorbereitung erforderlich, die die Metalle einheitlich in eine gelöste Form überführt, ein soge-nannter Aufschluss.

Hinzu kommt, dass insbesondere Quecksilber in besonders geringen Konzentrationen und vielen verschiedenen Oxidati-onsstufen und Bindungsformen auftritt, zum Beispiel auch in organischen Quecksilberverbindungen. Es lässt sich außerdem

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he Abb. 3) eingesetzt, das sämtliche Schritte von der Proben-vorbereitung bis zur Messung integriert. Eine Besonderheit des Gerätes ist, dass die Probe im Unterschied zu FIA-Systemen nicht mehr transportiert wird, sobald sie einmal ins Gerät ein-gebracht wurde. Auf diese Art und Weise entfallen Probleme mit möglicherweise zu engen Schlauchleitungen bei feststoff-haltigen Proben.

Außerdem ist das RA-4500 so gestaltet, dass das gesamte, in der Probe enthaltene Quecksilber in die abschließende Mes-sung einbezogen wird. Im Unterschied dazu gelangt bei einem Flow Injection Analysis-System (FIA-System) immer nur ein Teil der Probe ins Messgerät. Daher benötigt das RA-4500 bei glei-cher Empfindlichkeit eine kleinere Probenmenge und weniger Chemikalien zur Probenvorbereitung. Das Gerät führt alle Do-siervorgänge von Reagenzien selbständig aus. Lediglich eine geeignete Probenmenge muss vom Laboranten vorgegeben werden. Damit verringert sich die Anzahl der manuellen Pipet-tiervorgänge auf ein Sechstel des ursprünglichen Aufwandes.

All dies belegt, dass durch die Einführung der vorgestellten Systeme eine merkliche Verkürzung der Probendurchlaufzeiten erreicht werden konnte. Zudem eröffnet sich die Möglichkeit, schneller auf Kundenanforderungen zu reagieren. Auch die Einhaltung eines hohen Qualitätsstandards konnte bei Labor-vergleichsuntersuchungen nachgewiesen werden.

Die Zukunft der Automatisierung

Auch andere Schwermetalle wie Blei, Cadmium, Chrom, Kup-fer, Nickel oder Zink erfordern eine Probenvorbereitung in Form eines Aufschlusses. Um hier weiter automatisieren zu können, sind bereits Geräte verfügbar, die den Aufschluss inklusive der Dosierung der Reagenzien übernehmen und anschließend die Aufschlusslösung auf ein definiertes Volumen bringen. Letzte-res ist erforderlich, da der Aufschluss bei höherer Temperatur abläuft als beim Quecksilber und sich das Probevolumen durch die Verdampfung von Wasser verändert. Derartige Geräte sind — anders als bei der Ionenchromatographie und der Quecksil-berbestimmung — in gewissen Grenzen frei programmierbar, so dass auch andere Anwendungen denkbar sind.

Eine noch größere Freiheit in der Automatisierung von Labortätigkeiten wäre durch den Einsatz von kollaborativen Robotern denkbar. Diese sind ausgewiesene Generalisten, die erst durch verschiedene Greifsysteme und eine bestimmte Programmierung eine gegebene Aufgabe bewältigen können. Durch ihre hohe Beweglichkeit sind Roboter in der Lage, viele Tätigkeiten so auszuführen, wie es auch ein Mensch tun wür-de. Aufgrund ihrer immer ausgefeilteren Sensorik können sie auch ihre Umgebung wahrnehmen. So ist beispielsweise, vor-stellbar, dass ein Roboter erkennt, wo eine Probenflasche steht, diese greift, schüttelt, öffnet und den Inhalt in ein anderes Gefäß umfüllt. Darüber hinaus ist eine Kopplung mit elektro-nischen Laborwaagen möglich, so dass auch Dosieraufgaben durchgeführt werden könnten.

Eine solche Entwicklung würde es ermöglichen, auch Analysen zu automatisieren, die heute noch überwiegend von Handar-beit geprägt sind, zum Beispiel die Bestimmung von schwer-flüchtigen lipophilen Stoffen. Neben der Beschleunigung des Prozesses wäre es ein erheblicher Vorteil, dass ein Automat seine Arbeitsschritte immer gleich ausführt. Das dient glei-chermaßen der Reproduzierbarkeit des Verfahrens. Dabei gilt: Auch wenn Computer immer mehr Leistungen übernehmen können, ist nur der Mensch aufgrund seiner vielfältigen Erfah-rungen in der Lage, ungewöhnliche Umstände, die sich bei der Probenbearbeitung ergeben und auf eine Störung hinweisen, zu erkennen und zu bewerten.

Abb. 3: Quecksilber-Analysator im Labor des Abwasserinstitutes

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Bereits seit geraumer Zeit setzen die Stadtentwässerungsbe-triebe Köln, AöR (StEB Köln) auf das sogenannte Schlauchli-ner-Verfahren zur Sanierung der Kölner Kanäle. Die dazu not-wendigen Leistungen werden von beauftragten Dienstleistern durchgeführt und unterliegen strengen Qualitätsstandards, beispielsweise hinsichtlich der vom Deutschen Institut für Bau-technik (DIBt) vorgegebenen physikalischen Kennwerte.

Über die vom Auftragnehmer geleisteten Qualitätsprü-fungen hinaus beauftragen die StEB Köln dabei regelmä-ßig akkreditierte Prüflabore, um Probestücke der verbauten Schlauchliner hinsichtlich ihrer Wasserdichtheit sowie des Elas-tizitätsmoduls (Kurzzeit-Biege-E-Modul) und der Biegespan-nung (Kurzzeit-Biegespannung) zu überprüfen. Dabei geht es stets um die Einhaltung der festgelegten Qualitätsstandards. Die StEB Köln haben sich entschieden, diese wichtige Quali-tätsprüfung im eigenen Hause durchzuführen und die Kom-

petenz zur Materialprüfung von Schlauchliner-Proben sowie die Durchführung der entsprechenden Maßnahmen im Abwas-serinstitut des Unternehmens zu verankern und zu etablieren. Eine Entscheidung, für die es unterschiedliche Gründe gibt.

Beispielhaft sollen an dieser Stelle die Reduzierung von pri-mären Kosten und externen Schnittstellen, die Nutzung von Synergieeffekten bei den verwendeten Gerätschaften sowie kurze Transport- und Kommunikationswege genannt werden. Hinzu kommen eine erhebliche Beschleunigung des Prozess-durchlaufs, die einfache Bedienung innerbetrieblicher Belange und die Reduzierung des Gesamtaufwands bei der Vergabe und im Rechnungswesen. Ein erheblicher Vorteil für die StEB Köln liegt auch darin, dass das Know-how um das Schlauchli-ner-Verfahren im Hause enorm angewachsen ist.

Um die Belastbarkeit der generierten Prüfergebnisse bei strittigen Gewährleistungsansprüchen zu gewährleisten, muss-

Die Inlinerprüfung senkt Kosten und beschleunigt Prozesse in der Kanalsanierung

Alexander ZinckSachgebietsleiter Verwaltung Abwasserinstitut, StEB Köln, AöR

Under Pressure

Abb. 1: Ermittlung der Wasserdichtheit

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ten zahlreiche Meilensteine erreicht werden. Das Spektrum reicht von einer Testphase, um die notwendige Erfahrung zu erlangen, über die Erarbeitung prüfbarer und vollständiger Do-kumentationen der einzelnen Schritte bis zur Einführung eines belegbaren Qualitätsmanagements und einer Messmittelüber-wachung für den Prozess. Im Laufe dieser Entwicklungen konn-ten auch die Mitarbeiterkompetenzen gestärkt werden. Einzig die Akkreditierung durch die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS) steht zum jetzigen Zeitpunkt noch aus. Die Vorberei-tung für die Anfang 2019 anstehende Akkreditierung laufen jedoch bereits mit Hochdruck. Klar ist: Mit dem Erreichen des letzten Meilensteins wird die Aufgabe der Materialprüfung vollumfänglich intern bei den StEB Köln durchgeführt. Sie um-fasst dann zunächst vier Schritte, die in den Abbildungen 1 bis 4 dargestellt sind.

Herausforderungen für die Zukunft

Perspektivisch könnten auch weiterführende Prüfungen — zum Beispiel die Ermittlung des Aushärtungsgrades des Epoxids und der Harzqualität sowie des Glas- und Füllstoffgehaltes — beim Abwasserinstitut der StEB Köln etabliert werden. Die ex-akte Messung der Verbunddicke des oftmals heterogen aufge-bauten Prüfkörpers stellt die größte Herausforderung dar, um belastbare Werte für die Bestimmung des Kurzzeit-E-Moduls zu erhalten. Dies liegt daran, dass Messfehler beim rechnerischen Abzug der (noch) allseits »unerwünschten« Reinharzschicht von der Wanddicke sehr deutlichen Einfluss auf die Ergebnisse des Kurzzeit-Biege-E-Moduls haben.

Hierzu ist eine nachvollziehbare Dokumentation, insbeson-dere hinsichtlich der durchgeführten Messung der Reinharz-schichten, unabdingbar. Aufgrund des großen Einflusses der Reinharzschichten auf die Messergebnisse sollte die Diskussi-on diesbezüglich weiterentwickelt und intensiviert werden.

Abb. 2: Ermittlung der mittleren Verbunddicke

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Abb. 3: Bestimmung des Elastizitätsmoduls (Kurzzeit-Biege-E-Modul) und der Biegespannung (Kurzzeit-Biegespannung) mittels eines 3-Punkt-Biege-Versuchs

Abb. 4: Aribitäre Begleitung der Probenentnahme und –transport

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Immer wieder in ihrer Geschichte wurde die Stadt Köln von Rheinhochwasserereignissen heimgesucht. Besonders extreme Überflutungen bis zu einem Kölner Pegel (KP) von 13,55 m wurden 1784 durch sich aufstauende Eisplatten verursacht. Nach Abschluss der Flussbegradigung traten im 20. Jahrhun-dert weitere Hochwasser auf, das extremste 1926 mit etwa 10,70 m KP. Dieser Pegelstand galt als 100-jährliches Hoch-wasserereignis. Als allerdings in den Jahren 1993 (10,63 m KP) und 1995 (10,69 m KP) weitere extreme Hochwasser Köl-ner Stadtteile überfluteten, relativierte sich das — 10,70 m KP galt fortan nur noch als 50-jährliches Ereignis. Das bisherige Schutzziel HQ100 musste daher neu definiert werden. Mit Ausnahme der Altstadt, die ab 10,00 m KP überflutet wurde, waren in Köln alle technischen und operativen Hochwasser-schutzmaßnahmen auf 10,70 m KP ausgerichtet.

Konzeption des heutigen Hochwasserschutzes in Köln

Oftmals werden als Hochwasserschutz lediglich die sichtba-ren Maßnahmen verstanden, beispielswiese Wände und Dei-che sowie mobile Schutzelemente. Der Hochwasserschutz in Köln würde jedoch ohne die Vielzahl von unterirdischen Maß-nahmen in den Kanalnetzen nicht funktionieren. Diese kön-nen als kanalseitiger Hochwasserschutz bezeichnet werden. Da die unterirdischen Anlagen weder großräumig verändert noch an einen anderen Ort verlegt werden können, folgen die oberirdischen Schutzanlagen den entwässerungstechnischen Betriebsabschnitten. Die Maßnahmen in den Kanalnetzen die-nen dazu, die ordnungsgemäße Ableitung und Behandlung von Schmutz- und Regenwasser und damit die Bewohnbarkeit Kölns auch bei einem Hochwasser sicherzustellen sowie eine

Flutung von landeinwärts liegenden Tiefgebieten über die Ka-nalnetze zu verhindern. Erst das Ineinandergreifen von oberir-dischen und unterirdischen Schutzmaßnahmen gewährleistet eine Verteidigungslinie für einen wirksamen und effektiven Hochwasserschutz.

Der bauliche Hochwasserschutz (oberirdisch ebenso wie entwässerungstechnisch) wurde entsprechend der Zeitvorga-ben im Hochwasserkonzept im Jahr 2008 fertiggestellt und auf ein 100- bzw. 200-jährliches Ereignis (11,30 bzw. 11,90 Meter KP) ausgerichtet. Der kanalseitige Hochwasserschutz verursachte mit etwa 200 Millionen Euro rund 46 Prozent der angefallenden Gesamtkosten.

Der entwässerungstechnische Hochwasserschutzin den Kanalnetzen

Die Entwässerung des etwa 405 Quadratkilometer großen Kölner Stadtgebiets findet überwiegend im Mischsystem statt. Dabei werden sowohl das Regen- als auch das Schmutzwas-ser in einem gemeinsamen Kanal zu einer der insgesamt fünf Kölner Kläranlagen transportiert. Die Bemessung der Anlagen erfolgt nach den Regeln der Technik und berücksichtigt sowohl Schmutz- als auch Fremdwasser und vor allem örtliche Nieder-schläge. Ziel der Dimensionierung ist es, eine sichere Abwasser-entsorgung bei angemessenem Entwässerungskomfort sowie einen nachhaltigen Überflutungsschutz zu gewährleisten. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sowie der Funktions- und Be-triebsfähigkeit können die Kanäle dabei nicht beliebig groß ausgebildet werden. Daher werden im Mischsystem sogenann-te Entlastungsanlagen angeordnet. Diese unterteilen bei star-ken Regenereignissen das Mischwasser in einen klärpflichtigen

Der kanalseitige Hochwasserschutz in Köln

Frank RüsingDipl.-Ing., Generalentwässerungsplanung und Gewässerhydraulik, StEB Köln, AöR

Ingo SchwerdorfDipl.-Ing., Wasserwirtschaftliche Planungen, StEB Köln, AöR

Gemeinsam gegen die Überflutungsgefahr

Abb. 1: Ablaufkanal und Überlaufsystem bei Trockenwetter (links) und im Entlastungsfall bei Regenwetter (rechts)

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und einen nicht klärpflichtigen Teil. Während der klärpflichtige Teil des anfallenden Abwassers an der Entlastungsanlage vor-bei direkt zur Kläranlage transportiert wird, ist es zulässig und üblich, den nicht klärpflichtigen Teil in ein Gewässer (in Köln überwiegend der Rhein) abzuschlagen und so die Überflutungs-sicherheit zu gewährleisten. Diese Entlastungen finden über Auslasskanäle statt, die das Kanalnetz mit dem Rhein verbin-den. Derartige Entlastungen funktionieren nur, wenn der Rhein-wasserstand niedriger ist als der Wasserstand im Kanalnetz. Steigt der Rheinwasserstand auf einen Wasserspiegel oberhalb der Wehrschwelle in den Entlastungsanlagen an, würde der Fluss das Kanalnetz sowie tief liegende Stadtbereiche und eine Vielzahl an nicht mit einem funktionierenden Rückstauschutz versehenen Kellerräumen fluten (siehe Abb. 1).

Daher müssen in den Auslasskanälen sinnvolle Hochwas-serschutzanlagen eingerichtet werden, die bei entsprechenden Rheinwasserständen betrieben werden und das Stadtgebiet vor eindringendem Rheinwasser schützen. Die Betriebssicher-heit muss bei allen Rheinwasserständen zumindest solange gewährleistet sein, bis eine offene Überflutung der Oberfläche stattfindet und der oberirdische Hochwasserschutz nicht mehr funktioniert.

Planmäßige Schutzmaßnahmen in den Kanalnetzen

Für den Hochwasserschutz im öffentlichen Kanalnetz werden in Köln sowohl Hochwasserdoppelschieber und Steuerschieber als auch Hochwasserpumpwerke und Hausanschlussschieber eingesetzt. Eine wichtige Rolle kommt zudem dem Objekt-schutz der Entwässerungsanlagen zu.

Hochwasserdoppelschieber bestehen aus zwei hintereinan-der angeordneten Schiebern und sorgen so für eine redundan-te Absicherung. Für die Sicherheit der Kölner Bevölkerung ist die Entkoppelung des Kanalnetzes und des hochwasserbelas-teten Vorfluters Rhein wichtig, hier muss die Dichtheit unter allen betrieblichen und technischen Umständen gewährleistet werden. Das ist auch der Grund, warum alle Abdichtungen redundant ausgeführt werden: Sollte ein Schieber nicht ganz abdichten, könnte der zweite Schieber den Wasserdruck auf-nehmen.

Die Doppelschieber werden in den Auslasskanälen einge-baut und verhindern mittels spezieller Dichtungssysteme ein-drückendes Rheinwasser. Aktiviert und verschlossen werden sie bei einem Rheinwasserstand kurz vor dem Erreichen des Höhenniveaus der Wehrschwellenoberkante. Somit ist weder eine Entlastung des kanalseitigen Mischsystems noch ein Ein-dringen des Rheinwassers in die Kanalisation möglich. Insge-samt sichern etwas mehr als 300 Doppelschieberbauwerke den Hochwasserbetrieb des öffentlichen Kanalnetzes (siehe Abb. 2).

Steuerschieberbauwerke bestehen aus insgesamt drei Schie-bern, wobei in Ergänzung zu den Hochwasserdoppelschiebern noch ein Steuerschieber angeordnet wird. Dieser ist mit einem leistungsstärkeren Antrieb ausgerüstet, um ein schnelles An-fahren zu ermöglichen. Ziel dieses zusätzlichen Betriebsschie-bers ist es, entweder mittels manueller oder automatisierter Steuerung einen Wasserspiegelausgleich des Kanalsystems in Richtung des Vorfluters zu ermöglichen. Bei einem starken Regenereignis während eines Hochwassers steigt der Was-serspiegel im Kanalnetz. Dann ermöglichen die Steuerschie-ber eine Entlastung der Mischwasserkanalnetze, obwohl der Rheinwasserstand oberhalb der Wehrschwellen liegt. So wer-den starkregenbedingte Überflutungen von Kellerräumen und der Geländeoberfläche verhindert. Die Funktion basiert auf einem Druckausgleich, weswegen der Wasserstand im Kanal-netz deutlich höher als im Vorfluter sein muss. Andernfalls würde bei der Aktivierung Rheinwasser in die Kanalisation eindringen. Die Steuerung erfolgt über mehrere Wasserstands-Messungen im Kanalnetz und im Vorfluter bzw. Auslasskanal. Insgesamt sichern 15 Steuerschieberbauwerke den Hochwas-serbetrieb des öffentlichen Kanalnetzes.

In Bereichen, in denen die Wehrschwellen auf verhältnismä-ßig niedrigem Niveau angeordnet sind und Ableitungskapazi-tät oder Speichervolumen des vorhandenen Kanalsystems bei Niederschlag nicht ausreichen, wurden Hochwasserpumpwer-ke installiert, die im Hochwasserfall die Vorflut sicherstellen und unabhängig vom Wasserstand eine Systementlastung im Kanal herbeiführen können. Bei Rheinwasserständen oberhalb von 10,70 m KP erfolgt die Entlastung der Kanalnetze aus-schließlich über Hochwasserpumpwerke. Das nicht klärpflich-tige Abwasser wird über die Pumpwerke gegen den Rheinwas-serstand in den Rhein ›gehoben‹.

Die meisten Hochwasserpumpwerke liegen unmittelbar am Rheinufer und damit an städtebaulich exponierter Stelle. Da-her wurden sie durchweg architektonisch hochwertig gestaltet.

Abb. 2: Foto des Hochwasserdoppel-schiebers in der Grüngürtelstraße in Köln Rodenkirchen

14

Das Resultat sind Pumpwerke, die wie Perlen am Rhein das Stadtbild positiv unterstützen. In Köln sichern insgesamt 37 Hochwasserpumpwerke mit einer Förderleistung von mehr als einem Kubikmeter pro Sekunde den Hochwasserschutz ent-lang des Rheins (siehe Abb. 3 re. u. li.).

In kleineren, größtenteils bereits bebauten Überschwem-mungsgebieten konnte aus technischen Gründen oder auf-grund fehlender Verhältnismäßigkeit kein oberirdischer Hoch-wasserschutz errichtet werden. In diesen Gebieten werden die Bewohner im Hochwasserfall über Stege oder Boote »an Land« gebracht. Die Abwasserentsorgung erfolgt über Ab-wasserkanäle, indem die Schachtabdeckungen wasserdicht verschlossen werden. Zudem werden diese Kanalstränge zur Vermeidung einer Gefährdung rückwärtiger Tiefgebiete mit Hochwasserdoppelschiebern gesichert, die im Fall eines Was-sereinbruchs in die Kanäle geschlossen werden.

Befinden sich einzelne Gebäude wasserseitig der oberirdi-schen Hochwasserschutzlinie (Hochwasserwand oder Hoch-ufer) und daher innerhalb einer offenen Überflutungsfläche, so sind sie an die landseitig geschützte öffentliche Kanalisa-tion angeschlossen. Die Anschlussleitungen kreuzen dann die Hochwasserschutzlinie und werden bei Hochwasser durch Hausanschlussschieber zum Schutz gegen eine Flutung ge-schlossen. Das Abwasser kann dann nicht mehr aus diesen Gebäuden abgeleitet werden, so dass die Bewohner andere Möglichkeiten nutzen müssen. Daher verfügen einige Gebäu-de über mehrere Abwasserableitungen aus unterschiedlichen Gebäudeteilen wie Keller oder Obergeschoss, die bei entspre-chenden Wasserständen verschlossen werden und eine zeitwei-se Nutzung des Gebäudes gewährleisten.

Die Hochwasserschieber befinden sich teilweise landseitig in deutlicher Entfernung zur Hochwasserschutzlinie. Sie verhin-dern einen Einstau des Rheins. Zudem wurden Schächte in Ka-nalstrecken, die nicht aufgegeben werden konnten, mit einer Abdeckung versehen, die bis zu einem Innendruck von 5 bis 10 Metern Wassersäule ihre Betriebssicherheit gewährleistet. Derartig extreme Druckverhältnisse können aus Stoßbelastun-gen bei Rheinhochwasser infolge von Anströmung und Wel-lenschlag resultieren. Gemauerte Auslasskanäle wurden daher

mit einem GFK-Liner versehen, da diese zwar dem Außendruck gut standhalten, zugleich aber labil auf Innendruck reagieren können.

Ein wichtiger Aspekt ist es auch, Flutungen von landseitigen Grundstücken durch private, unterirdische Kanalnetze auszu-schließen. Das gilt beispielsweise für firmeneigene, unterirdi-sche Direkteinleitungen zum Rhein, die folglich mit entspre-chenden Schutzeinrichtungen versehen werden müssen. Dabei liegt die Anpassung der vorhandenen Schutzeinrichtungen im Verantwortungsbereich des Direkteinleiters. Die Bau- und Betriebsstandards der Schutzeinrichtungen werden durch die StEB Köln lediglich hinsichtlich ihrer Plausibilität überprüft. Insgesamt wurden in Köln etwa 350 Kanaldeckel wasserdicht ausgebildet und rund 140 Schieber in private Hausanschluss-leitungen eingebaut. Sie alle werden von den StEB Köln bei Hochwasser betrieben.

Die Kanalnetze, also auch alle zugehörenden Hochbauten und Sonderbauwerke, müssen zumindest solange betrieben werden, wie der oberirdische Hochwasserschutz funktioniert. Auch bei einer Überflutung sollen die wesentlichen Betriebsan-lagen soweit geschützt sein, dass sie nach einem Hochwasser wieder betriebsfähig sind. Dies erfolgt wie bei privaten oder anderen öffentlichen Objekten anhand einer Gefährdungs- und Risikobewertung. So werden bei Hochwasser planmäßig Dammbalkensysteme oder andere Verschlüsse in Gebäude-öffnungen eingesetzt. Sie schützen beispielsweise Maschinen oder Elektroanlagen.

Bei alledem kann leider jedoch nicht ausgeschlossen wer-den, dass sich in den Kanalnetzen bei Hochwasser unplan-mäßige Betriebsereignisse ergeben, die sofortiges Handeln erfordern. Während Maßnahmen an der Geländeoberfläche in der Regel durch die Kölner Feuerwehren durchgeführt werden, erfolgen die Arbeiten in und an den Entwässerungsanlagen ausschließlich durch Mitarbeiter der StEB Köln. Dazu werden zahlreiche Materialien vorgehalten, beispielsweise mobile Not-strom- und Pumpanlagen als Ersatz oder zur Unterstützung vor-handener Anlagen sowie Presskolben und Absperrblasen für schnelle und zuverlässige Abdichtungen von Kanälen, Rohrlei-tungen und Entwässerungseinläufen.

Abb.3: Hochwasserpumpwerk (links) und Aufnahme der Pumpanlage Schönhauser Straße (rechts)

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Die Kanalseitige Hochwasservorschrift (KHV)

Mit den Jahren sind die kanalseitigen Maßnahmen zum Hoch-wasserschutz immer umfangreicher und komplexer geworden, was eine Aktualisierung deutlich erschwerte. So wurde die ka-nalseitige Hochwasservorschrift von Mitte der 1990er Jahre bis Dezember 2016 in einer Access-Datenbank geführt. Sie bestand aus einem Textteil und aus Hochwasserzeichnungen zu einzelnen Kanalanlagen. Diese Zeichnungen wurden mit Hilfe einer Accessanwendung teilautomatisiert in das Geoin-formationssystem ArcGIS überführt oder direkt in ArcGis er-stellt. Die dazu notwendigen Daten wurden in zwei Systemen vorgehalten — die Sachdateninhalte in Access, der grafische Teil über Shape-Daten in ArcGIS. Um das Zusammenspiel zwi-schen Access und den GIS-Daten zu gewährleisten, wurde ein VBA-Skript eingesetzt. Da diese Applikation bedingt durch Softwareupgrades nicht mehr unterstützt wurde, erfolgte ein Systemumstieg: Seither wird die kanalseitige Hochwasservor-schrift in dem bei den StEB Köln eingesetzten Kanaldateninfor-mationssystem novaKANDIS abgebildet. Dies entsprach den damaligen Anforderungen des Kanalbetriebes und ermöglich-te es, automatisiert die nötigen Betriebsanleitungen auch für den Normalbetrieb aus novaKANDIS zu erzeugen.

Heute müssen insgesamt mehr als 1000 Einzelmaßnahmen für den kanalseitigen Hochwasserschutz umgesetzt werden. Ihre Realisierung beginnt ab einem Kölner Pegel von 4,50 m und setzt sich in etwa 50 Pegelschritten bis zu dem maximalen Schutzziel von 11,90 m KP fort. Dabei besteht das Herzstück der aktuell gültigen kanalseitigen Hochwasservorschrift aus ei-ner etwa 230 Seiten starken textlichen Langfassung sowie ei-ner übersichtlichen Kurzfassung der Schutzmaßnahmen. Beide können automatisiert aus novaKANDIS erzeugt werden. Die Kurzfassung ermöglicht insbesondere dem Betriebspersonal eine gute Übersicht im akuten Hochwassereinsatz. Zudem kön-nen verschiedene Listen — zum Beispiel zu Hochwasserpum-

panlagen oder Straßen, in denen Hochwasserschutzmaßnah-men durchgeführt werden —, erzeugt werden.

Jede Maßnahme hat eine individuelle Maßnahmennum-mer, sie ist einem Bauwerk zugeordnet und wird über eine Zeichnung abgebildet. Dabei kann ein Bauwerk mehrere Maß-nahmen mit verschiedenen Rheinwasserständen aufweisen. Ebenso können gleichartige Maßnahmen an verschiedenen Bauwerken durchgeführt werden oder Maßnahmen gruppiert einem Rheinwasserstand zugeordnet werden. Eine Zeichnung zeigt neben den eigentlichen Maßnahmen auch eine Über-sichtskarte zur Orientierung. Darüber hinaus werden Zusam-menhänge zu anderen Zeichnungen oder Wasserständen aufgeführt. Mit der Abbildung aller Einzelmaßnahmen des ka-nalseitigen Hochwasserschutzes in einer zentralen grafischen Datenbank lassen sich sowohl für die Vorbereitung und Fort-schreibung als auch im akuten Hochwassereinsatz beliebige Auswertungen für unterschiedlichste Verwendungszwecke vor-nehmen. Zudem sind alle Anlagenveränderungen auch in den Hochwasservorschriften abgebildet und ständig aktuell (siehe Abb. 4).

Um eine dauerhaften Archivierung der Maßnahmen aus der KHV zu sichern, werden alle Betriebsanweisungen und Zeich-nungen zusätzlich als pdf-Dokument im Dokumentenmanage-mentsystem (DMS) der StEB Köln hinterlegt. Dort können sie von jedem Mitarbeiter eingesehen und genutzt werden.

Ein weiteres wichtiges Werkzeug, vor allem für die Gefähr-dungs- und Risikoanalyse im Hochwassereinsatz, sind die Hoch-wasser-Fließschemapläne. Diese werden für jedes Kanalnetz vom zuständigen Kanalnetz-Hydrauliker erstellt und ständig aktuali-siert. Die Pläne sind kein Bestandteil der Hochwasservorschrift. Sie stellen das Entwässerungssystem vereinfacht, systematisch und übersichtlich dar und bilden im Gegensatz zu herkömmli-chen Fließschemaplänen das bei Hochwasser veränderte Ab-fluss- und Entlastungsverhalten sowie Schieberbauwerke oder Pumpanlagen als hochwasserrelevante Einrichtungen ab. Da

Abb.4: Übersichtsgrafik in novasKANDIS (links), Darstellung einer Hochwasserzeichnung (rechts)

16

die Mitarbeiter der StEB Köln bei einem Hochwasserereignis im Schichtdienst arbeiten, stellen die Fließschemapläne eine wesentliche Bewertungsgrundlage dar, um bei Störfällen kurz-fristig Entscheidungen vorbereiten und treffen zu können (sie-he Abb. 5).

Der Hochwassereinsatz in der Abflusssteuerzentrale (ASZ)

Die Abflusssteuerzentrale (ASZ) der StEB Köln dient als Kom-munikationszentrale des unteririschen Hochwasserschutzes, da hier alle Informationen des entwässerungstechnischen Hochwassereinsatzes zusammenlaufen und zur Weiterleitung an die Hochwasserschutzzentrale aufbereitet werden. Zugleich bildet die ASZ auch die Leitzentrale, um die operativen Arbei-ten in den Kanalnetzen und allen zugehörigen Bauwerken zu beauftragen, zu steuern und zu überwachen (siehe Abb. 6).

Dabei beginnen die entwässerungstechnischen Hochwasse-reinsätze bereits bei einem Pegelstand von 4,50 m KP. Können zunächst die anfallenden Arbeiten noch durch das normale Betriebspersonal bewältigt werden, so werden die Arbeiten bei höheren Rheinwasserständen deutlich umfangreicher und es werden Rufbereitschaften für mehrere Schieberkolonnen eingerichtet. Die erweiterte Hochwasserschutzzentrale für die Vertreter aller Hochwasserdienststellen wird mit Überschreiten der Marke von 6,50 m KP ausgerufen, ab 7,00 m KP erfolgt eine Besetzung im Mehrschichtbetrieb. Die ASZ wird bis zu 7,00 m KP im erweiterten Dienstbetrieb geführt, ab 7,00 m KP wird hier ein Dreischichtbetrieb eingerichtet, dann ist die ASZ rund um die Uhr von zwei Mitarbeitern des Kanalbetrie-bes besetzt. Aufgrund der hohen Rheinwasserstände ist dann zusätzlich die Anwesenheit eines Fachberaters mit vertieften hydraulischen Netzkenntnissen sowie eines Mitarbeiters für »Betrieb und Instandhaltung von Pumpanlagen« erforderlich.

Vorgesehen ist, dass die Fachberater mit vertieften hydrauli-schen Netzkenntnissen bis zum Beginn der hochwassergefähr-deten Jahreszeit sowie zu Baumaßnahmen im Kanalnetz die erforderlichen Maßnahmen und Arbeiten durchführen, um den Abflussbetrieb im Kanalnetz zu optimieren. Dokumentiert wird dies in der kanalseitigen Hochwasservorschrift (KHV). Auf der Grundlage der dort zusammengeführten Schutzmaßnahmen und Betriebsvorgaben beauftragen und überwachen die Mit-arbeiter des Kanalbetriebs die planmäßige Umsetzung des ka-nalseitigen Hochwasserschutzes. Dabei erfolgt die Umsetzung entweder über Fernwirktechnik direkt aus der ASZ oder durch die verantwortlichen Betriebsmannschaften der Kanal- und Schieberwartung beziehungsweise der Pumpeninstandhal-tung. Dazu werden die noch nicht ferngesteuerten Bauwerke angefahren, um notwendige Schaltungen und Schieberschlie-ßungen manuell vorzunehmen.

Einige Schutzmaßnahmen der Rheinnebengewässer liegen ebenfalls im Zuständigkeitsbereich der Gewässerunterhaltung.

Abb. 5: Fließschemaplan — Ausschnitt aus dem Einzugsgebiet des rechtsrheinischen Tiefsammlers

Abb. 6: Blick in die Abflusssteuerzentrale

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Wie alle durchgeführten Arbeiten werden auch sie an die Leitzentrale ASZ rückgemeldet, damit sie entsprechend ausge-wertet und lückenlos dokumentiert werden können. Zusätzlich werden die planmäßigen Einzelarbeiten und Aufgabenpakete zusammengefasst, mit einem Umsetzungsstatus versehen und in das gesamtstädtische Flutinformations- und Warnsystem (FLIWAS) eingegeben. Ähnlich wird mit den unplanmäßigen Arbeiten und Maßnahmen umgegangen, wobei diese bei Be-darf unmittelbar mit der Hochwasserschutzzentrale (HSZ) ab-gestimmt werden. So erhält die HSZ einen Gesamtüberblick über die Hochwassereinsätze aller beteiligten Dienststellen.

Die Dichtheit der Schieber und die Funktion der Hochwas-serpumpwerke bilden wesentliche Grundlagen des Kölner Hochwasserschutzes. Daher werden diese bei einem Hochwas-serereignis kontinuierlich überwacht und überprüft. Anhand der erhobenen Daten werden Wasserstandentwicklungen überwacht und mit dem jeweiligen Rheinwasserstand sowie den Niederschlagsereignissen abgeglichen. Die Messdaten geben Aufschluss über die verschiedenen Schieberstellungen, insbesondere der Steuerschieber. Bei Betriebsstörungen oder unplanmäßigen Ereignissen werden durch die Fachberater mit vertieften Netzkenntnissen die notwendigen Gefährdungs- und Risikoanalysen erarbeitet und Gegenmaßnahmen bis hin zu Notfallplänen entwickelt. Je nach Sachlage kann dies auch in Zusammenarbeit mit den jeweiligen Betriebsverantwortli-chen und der HSZ geschehen.

Nachwuchsarbeit als Zukunftssicherung

Im Januar 2018 hatten die am Hochwassereinsatz beteiligten Fachbereiche die Gelegenheit, das vorhandene Wissen in der Praxis zum Tragen zu bringen. Die Hochwasserwelle stieg sehr langsam, aber kontinuierlich immer weiter an, ohne dass in Köln nennenswerte Niederschläge auftraten. Eine Situation, die sich sehr gut eignete, um neue Mitarbeiter mit den Auf-gaben und Systemen vertraut zu machen, was aufgrund des bereits eingeleiteten Generationswechsels bei den StEB Köln eine wichtige Herausforderung ist. Diese wurde mit Erfolg be-wältigt, denn die Zusammenarbeit funktionierte hervorragend. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse können als wichtige Basis für künftige Anforderungen betrachtet werden

Im Nachgang zu den Ereignissen fanden verschiedene Nachleseveranstaltungen statt — sowohl in der Hochwasser-schutzzentrale als auch der in Abflusssteuerzentrale. Dabei wurden Erfahrungen ausgetauscht und neue Erkenntnisse in bestehende Vorschriften und Arbeitsabläufe eingepflegt. Über einen turnusmäßigen Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Beteiligten in der Abflusssteuerzentrale werden fortlaufend Sachstände ausgetauscht, Abläufe optimiert und zukünftige Verbesserungen angestoßen. Denn alle Beteiligten wissen: Eine nachhaltige Überflutungsvorsorge funktioniert nur gemeinsam!

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Lange Wege zur Arbeit, Lärm, Staus und Schadstoffe — viele Menschen erleben täglich, wo der heutige Straßenverkehr an seine Grenzen stößt. Die steigende Zahl der Autos auf Deutsch-lands Straßen belastet nicht nur die Umwelt, sondern auch Be-triebe und ihre Beschäftigten. Vielerorts ist der Arbeitsweg mit Stress und hohen Kosten verbunden.1 Gleichzeitig häufen sich in den letzten Jahren extreme Wettersituationen wie die Hitze und Dürre, die den Sommer 2018 geprägt haben — ein Indiz für den fortschreitenden Klimawandel.2

Bei alledem lässt die Verkehrswende auf sich warten. Die aus dem Verkehrssektor resultierenden Treibhausgasemissio-nen bewegen sich auf dem gleichen Niveau wie 1999 und stei-gen seit 2013 wieder. Ihr Anteil an den gesamten Treibhaus-gasemissionen liegt in Deutschland bei 18 Prozent, 95 Prozent davon stammen aus dem Straßenverkehr.3 Dieser ist zudem die mit Abstand größte Quelle für Stickoxide in den Städten (60 Prozent), die als wesentlicher Luftschadstoff neben Feinstaub gelten. Dieselmotoren haben einen Anteil von 72,5 Prozent an den Stickstoffoxidemissionen (NO2-Emissionen).4 Nur zwei Städte in Deutschland haben noch schlechtere Luft als Köln.5

Basierend auf ihrer Verpflichtung zur Nachhaltigkeit ver-folgen die StEB Köln das Ziel, die direkten und indirekten schädlichen Umweltauswirkungen ihrer Unternehmenstätig-keiten zu minimieren. Dabei soll umweltschädliche Mobilität reduziert und umweltfreundliche Mobilität genutzt werden.6 Verantwortlich für das Nachhaltigkeitsthema Mobilität ist die

Hauptabteilung Betrieb (TB). Ökologische Hauptindikatoren sind Treibhausgase und Luftschadstoffe.

Die aktuelle Situation:Fuhrpark, Dienstreisen und Arbeitswege

Betrachtet man den Fuhrpark der StEB Köln, so besteht dieser aus vier personenbezogenen Dienstwagen, 20 Poolfahrzeugen, 21 Transportern und 33 Lastkraftwagen (Lkw). Hinzu kommen jeweils fünf Kanal- und Sinkkastenreinigungsfahrzeuge. Zu den 20 Poolfahrzeugen zählen zwei Elektroautos. Außerdem stehen drei Pedelecs zur Verfügung.

Der Kraftstoffverbrauch des Fuhrparks lag im Jahr 2017 bei 195 700 Litern (ohne Dienstwagen) und wird mit 96 Prozent von Diesel dominiert. Auf die zehn großen Reinigungsfahr-zeuge entfällt mehr als die Hälfte des Kraftstoffverbrauchs (rund 56 Prozent). Der Anteil der Kanalreinigungsfahrzeuge beziehungsweise der Sinkkastenfahrzeuge liegt derweil bei 38 respektive 18 Prozent. Die Lkw haben einen Anteil von 28, die Transporter von 11 und die Poolfahrzeuge von knapp 5 Prozent (siehe Abb. 1). Durch den Fuhrpark wurden im Jahr 2017 Emissionen in einer Größenordnung von 574 Tonnen CO2-Äquivalenten erzeugt (siehe Abb. 2). Zum Verständnis: CO2-Äquivalente sind eine Maßeinheit zur Vereinheitlichung der Klimawirkung der unterschiedlichen Treibhausgase.

Betriebliches Mobilitätsmanagement bei den StEB Köln

Simone KrausStrategisches Energiemanagement, StEB Köln, AöR

Nachhaltigkeit und Mobilität

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Abbildung 1: Kraftstoffver-brauch nach Fahrzeugklassen

19

Bei mehr als der Hälfte der Dienstreisen wird der Pkw genutzt (53 Prozent). Auf dem zweiten Platz liegt die Bahn mit 38 Prozent, gefolgt von Flugreisen mit neun Prozent. Durch die Dienstreisen werden schätzungsweise Treibhausgasemissionen in Höhe von 25 Tonnen CO2-Äquivalenten erzeugt, 15 durch Flüge und je fünf durch Bahn und Pkw.

Erweitert man die CO2-Bilanz Mobilität um die Arbeitswege der Mitarbeitenden als indirekte Emissionen der StEB Köln, so wird deutlich, dass diese größere Umweltauswirkungen haben als das Kerngeschäft der Kanal- und Sinkkastenreinigung. Von den rund 650 Angestellten kommen 80 Prozent mit dem Pkw, 17 Prozent mit dem öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) und drei Prozent mit dem Fahrrad zur Arbeit. Dies entspricht dem allgemeinen Bild in Deutschland. Die Wohnstandorte (Basis Postleitzahlen) sind zum Teil erheblich vom Arbeitsplatz entfernt, ein besonderer Schwerpunkt zeigt sich diesbezüglich im (linksrheinischen) Kölner Stadtgebiet.

Handlungsmöglichkeiten beim Fuhrpark der StEB Köln

Der Fuhrpark der StEB Köln umfasst sowohl Großfahrzeuge als auch Transporter. Dabei ist der Handlungsspielraum im Be-reich der Großfahrzeuge zur Kanal- und Sinkkastenreinigung eingeschränkt, da der Großteil des Kraftstoffverbrauches mit rund 80 Prozent auf die Reinigungs- und nicht auf die Fahrleis-tung entfällt. Letztere ist mit durchschnittlich 6250 Kilometern (Kanalreiniger) und 9680 Kilometern (Sinkkasten-Reiniger) pro Fahrzeug und Jahr relativ niedrig. Die Emissionen pro Fahr-zeug liegen bei jährlich 44 (Kanalreiniger) beziehungsweise 21 Tonnen (Sinkkasten-Reiniger) CO2-Äquivalenten.

Seit etwa zehn Jahren erfolgt die Kanalreinigung bedarfs-orientiert, wodurch der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden

konnte. In Dresden wurde im Rahmen eines Forschungsvor-habens ein Verfahren mit Niederdruckspülung als Alternative zur branchenüblichen Hochdruckspülung getestet. Das Nieder-druckverfahren (Reinigung mit Schild) ist bei einer Trennka-nalisation im Mischwasserkanal geeignet, erfordert aber extra konstruierte Einstiege und eine Anpassung an den jeweiligen Kanalquerschnitt. Die StEB Köln wollen die Niederdruckrei-nigung in einer Machbarkeitsstudie für den Sammler Esch/Pesch untersuchen.

Alternative Antriebsformen werden derzeit bei Abfallfahr-zeugen getestet. Erste Hybrid-Müllfahrzeuge sind im Einsatz. Im Vergleich zu Kanalreinigern sind diese aber durch eine hö-here Fahrleistung (15 000 Kilometer pro Jahr) und durch ei-nen niedrigeren Leistungsbedarf der Nebenaggregate gekenn-zeichnet. Eine Übertragbarkeit auf die Abwasserwirtschaft ist daher heute noch nicht gegeben.

Darüber hinaus bieten mehrere Fahrzeughersteller nachrüst-bare Partikelfilter an. Im Bereich der Lkw sind dies in der Regel Prototypen. Nach Einschätzung der StEB Köln ist diesbezüglich eine Nachrüstung nicht zu empfehlen, da die Zuverlässigkeit fraglich ist. Vorgezogene Neubeschaffungen mit aktueller Ab-gasnorm scheinen hier sinnvoller.

Als alternative Kraftstoffe für die Großfahrzeuge kommen synthetischer Diesel und Biodiesel/Hydrierte Pflanzenöle (HVO) in Frage. Diese können ohne Modifikationen in vorhan-denen Dieselmotoren eingesetzt werden, machen aber die An-schaffung oder Anmietung einer Tankstation notwendig und sind somit mit Mehrkosten verbunden. Geplant ist, das Emis-sionsminderungspotenzial zu bewerten, um anschließend eine Entscheidung zur Realisierung treffen zu können. Favorisiert wird dabei aktuell vorzugsweise auf Reststoffen basierender Biodiesel/HVO, da dieser im Gegensatz zu synthetischem Die-sel regenerativ ist. Im Bereich der Transporter gibt es bereits

Abbildung 2: CO2-Emissionen verschiedener Mobilitätsarten

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elektrische Alternativen, hier stellt auch der Einsatz von Erd-gasfahrzeugen eine Möglichkeit dar. Beide Varianten sollen bei Ersatzbeschaffungen betrachtet werden.

Neben den Umweltauswirkungen spielt bei alledem auch das Thema Verkehrssicherheit eine wichtige Rolle. Derzeit wer-den die Großfahrzeuge mit Abbiegeassistenten nachgerüstet, um vor allem Unfälle mit Radfahrern und Fußgängern zu ver-meiden.

Handlungsmöglichkeiten beim Fahrzeugpool

Der Fahrzeug-Pool hat insgesamt einen vergleichsweise gerin-gen Einfluss auf die Gesamtemissionen im Bereich Mobilität der StEB Köln, in diesem Bereich aber wäre eine Elektrifizie-rung direkt möglich. Elektrofahrzeuge gelten als Hoffnungs-träger der Verkehrswende. Sie sind leise und erzeugen keine direkten Abgasemissionen, was vor allem die Städte entlasten könnte. Dennoch sind sie nicht klimaneutral. Erstens ist ihre Herstellung aufgrund der Akkus energieintensiv und zweitens erfolgt die Stromerzeugung in Deutschland weiterhin zu über 50 Prozent auf Basis fossiler Energieträger.7 Das Umweltbun-desamt verdeutlicht, dass Elektrofahrzeuge der Kompaktklasse heute zwar in Relation zu einem Otto-Pkw günstiger, mit dem Diesel jedoch vergleichbar sind.8 Derweil sieht die CO2-Bilanz des ADAC für Kompaktwagen die Elektroautos zwar im Vor-teil. Anhand der Kleinwagen wird jedoch gezeigt, dass der Vor-

sprung bei einem kurzen Lebenszyklus gänzlich kippt (Beispiel Zweit-/Stadtfahrzeug).9 Die CO2-Bilanz der Elektrofahrzeuge fällt nur dann durchweg positiv aus, wenn tatsächlich Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt wird. Hier ist die Politik gefragt. Der derzeitige energiepolitische Stillstand muss been-det und ein zusätzlicher, dem Fahrstrombedarf angepasster Zubau erneuerbarer Energien angeschoben werden.

Neben den Treibhausgasemissionen sollten beim Vergleich der Fahrzeugtypen stets auch andere Umweltauswirkungen sowie soziale Aspekte Berücksichtigung finden. Die für die Pro-duktion benötigten Rohstoffe wie zum Beispiel Kupfer oder Kobalt stammen größtenteils aus Ländern wie China und der Demokratischen Republik Kongo. Bei ihrer Gewinnung kommt es zu Menschenrechtsverletzungen und Umweltzerstörungen wie Entwaldung sowie zur Verschmutzung von Flüssen und Bö-den.10 Das Ausmaß der Wasserentnahme und der Rohstoffauf-wand sind bei einer Batterie mit 100 Kilometern Reichweite etwa doppelt so hoch wie bei einem Otto-Pkw.11

Die StEB Köln haben daher beschlossen, ihre Fahrzeugflotte eher zurückhaltend zu elektrifizieren. Im laufenden Jahr 2018 werden drei neue Elektrofahrzeuge beschafft. Begleitend wird die Ladeinfrastruktur am Hauptstandort in Köln-Merheim er-weitert. Bei weiteren Beschaffungen sollen Fahrzeuge mit Gasantrieb und auch die Auto-Umweltliste des Verkehrsclub Deutschland e.V. in Betracht gezogen werden. Die Entwicklung der Batterietechnik wird auch in Zukunft aufmerksam beob-achtet.

Abbildung 3: Klimabilanz Kompaktwagen: Gegenüberstellung UBA 2016 und ADAC 2018, vgl. Quellen

Abbildung 4: Klimabilanz Kleinwagen bei Lebenszyklus 150 000 km bzw. 50 000 km, (laut ADAC 2018, vgl. Quellen)

Mit einer Jahreslaufleistung von durchschnittlich rund 6400 Kilometern sind die Pkw im Fahrzeugpool der StEB Köln nur wenig ausgelastet. Hier ist insbesondere eine verstärkte Nut-zung zu prüfen, zum Beispiel durch die Überführung gering ausgelasteter funktionsgebundener Fahrzeuge in den Pool. Be-züglich der Nutzung von Pedelec, E-Auto, Benziner oder Privat-Pkw wird zunächst an die Eigenverantwortung der Belegschaft appelliert. Der Pkw-Bestand der StEB Köln soll nicht erhöht, Bedarfsspitzen über eine Taxi-Nutzung abgedeckt werden. An-gestrebt wird, die vorhandenen Fahrzeuge möglichst lange zu halten.

Handlungsmöglichkeitenbei Dienstreisen und Arbeitswegen

Bei Dienstreisen sollten Fahrten mit der Bahn bevorzugt wer-den, sofern dies aus Zeitgründen machbar ist. Gemeinsam mit der Dienstreisestelle der StEB Köln wird derzeit ein Control-ling aufgebaut, in dessen Rahmen Standards zur Verkehrs-mittelnutzung vorgeschlagen werden. Denkbar wäre auch die Einführung eines CO2-Dienstreise-Kontos für Mitarbeiterinnen

und Mitarbeiter. Einsparungen bei Verkehr und Reisekosten können durch Tele- und Videokonferenzen erzielt werden.

In der CO2-Bilanz spielen die Arbeitswege eine große Rolle. Im Rahmen einer Mitarbeiterbefragung könnten Erkenntnisse zu den Bedürfnissen der Belegschaft gewonnen und die Mitar-beitenden für Mobilitätsthemen sensibilisiert werden. Zudem könnten mit Hilfe einer Wohnstandortanalyse passgenaue Mobilitätsangebote entwickelt werden. Beide Maßnahmen würden gleichermaßen einen Beitrag zur Erhöhung der Mit-arbeiterzufriedenheit leisten. Inhaltliche Ansatzpunkte sind diesbezüglich auch die Förderung von ÖPNV- und Fahrradnut-zung sowie von Fahrgemeinschaften und Home-Office. Dabei ergeben sich Schnittstellen zur Gesundheitsförderung. Für das Jahr 2019 ist die Durchführung eines Mobilitätsaktionstages in Verbindung mit einem Gesundheitstag geplant.

Kommunikation als Schlüsselthema

Ein wichtiges Thema ist die Kommunikation der bestehenden Maßnahmen. Es ist bereits umfangreiches Mobilitätswissen im Unternehmen vorhanden. Künftig geht es vor allem darum,

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Wasserhochdrucktechnik

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Kanalfernsehen, TV-Untersuchung

Leistungen

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dieses Wissen durch die Einrichtung eines Mobilitätsteams in regelmäßigen Treffen abzurufen. Im Hinblick auf die Kommu-nikation an die Belegschaft ist es empfehlenswert, die bereits getroffenen Maßnahmen stärker zu bewerben.

Um der Mobilität als Beitrag zur Öko- und Klimabilanz ver-stärkt Aufmerksamkeit zu widmen, soll ein Mobilitätskonzept erarbeitet werden, das Analyse, Ziele und Maßnahmen zum Thema umfassend darstellt. Die hier skizzierten Überlegungen konnten im Rahmen einer Mobilitätsberatung durch das Büro BAUM bestätigt werden. Deutlich wurde dabei auch, dass die StEB Köln auf gutem Wege zu einem Betrieb sind, der sich über die Auswirkungen und Möglichkeiten im Bereich der Betrieblichen Mobilität bewusst ist. Viele in diesem Kontext relevante Aspekte wurden bereits thematisiert und aus der CO2-Bilanzierung heraus analysiert. Eine Herausforderung für die Zukunft ist es, die Maßnahmen zum Thema Arbeitswege und die interne Kommunikation umzusetzen und kontinuier-lich weiterzuentwickeln.

Quellen

1 BAUM 2018, mobil gewinnt — Erstberatung StEB Köln, Beratungsbe-richt, 11.07.2018, unveröffentlicht

2 Klimareporter 2018, »Dramatische Klimakrise oder rasche Transfor-mation«, 01.09.2018: https://www.klimareporter.de/erdsystem/dramatische-klimakrise-oder-rasche-transformation

3 UBA 2016, Emissionsquellen, 10.01.2016: https://www.umwelt-bundesamt.de/themen/klima-energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/treibhausgas-emissionen/emissionsquellen

4 UBA 2018, Neun Fragen und Antworten zum Diesel, 02.10.2018: ht-tps://www.umweltbundesamt.de/themen/neun-fragen-antworten-diesel

5 KSTA 2018, Schlechte Luft in Köln. Nur zwei Städte in Deutschland sind noch stärker belastet, 31.05.2018: https://www.ksta.de/koeln/schlechte-luft-in-koeln-nur-zwei-staedte-in-deutschland-sind-noch-staer-ker-belastet-30547236

6 StEB Köln 2018, Unsere Verpflichtung zur Nachhaltigkeit, Köln, Febru-ar 2018

7 BMWi 2018, Bruttostromerzeugung in Deutschland 2017, Stand Feb-ruar 2018: https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Dossier/erneuer-bare-energien.html

8 UBA 2016, Weiterentwicklung und vertiefte Analyse der Umweltbi-lanz von Elektrofahrzeugen, Texte 27/2016: Weiterentwicklung und vertiefte Analyse der Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen

9 ADAC 2018, Elektro, Gas, Benzin, Diesel & Hybrid: Die Ökobilanz unserer Autos, 20.03.2018: https://www.adac.de/der-adac/motor-welt/reportagen-berichte/auto-innovation/studie-oekobilanz-pkw-antriebe-2018/

10 DW 2017, Wie umweltfreundlich sind E-Autos wirklich?, 07.08.2017: https://www.dw.com/de/wie-umweltfreundlich-sind-e-autos-wirklich/a-39991438

11 UBA 2016, Weiterentwicklung und vertiefte Analyse der Umweltbi-lanz von Elektrofahrzeugen, Texte 27/2016: Weiterentwicklung und vertiefte Analyse der Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen

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Die aktuellen gesellschaftspolitischen Entwicklungen weisen darauf hin, dass die Reinigungsanforderungen für Kläranla-gen zukünftig verschärft werden, zum Beispiel hinsichtlich der Elimination von Mikroschadstoffen und Spurenstoffen. Spurenstoffe sind Rückstände unterschiedlicher Stoffklassen, beispielsweise Medikamente, Industriechemikalien, Kosmeti-ka, Pflanzenschutzmittel oder Reinigungsmittel. Im Abwasser liegen sie in der Regel in Form von Geringstkonzentrationen vor. Sie können mit konventioneller Klärtechnik auf den Klär-anlagen, die als Hauptemittenten gelten, jedoch nicht gezielt reduziert werden. Daher reichern sich Spurenstoffe in den Ge-wässern an und schädigen dort die aquatische Umwelt. Da es zudem bislang an gesetzlichen Verpflichtungen und Vorgaben mangelt, unterliegen sämtliche Maßnahmen zur Eliminierung der Spurenstoffe im Gewässer derzeit noch dem Grundsatz der Freiwilligkeit und somit der vorsorglichen Prävention. Die Stadtentwässerungsbetriebe Köln, AöR (StEB Köln) beteiligen sich seit 2012 an der Erkenntnisfindung für das optimale Ver-fahren einer sogenannten »Vierten Reinigungsstufe«. Sie wid-men sich damit der Bekämpfung von Mikroschadstoffen und Spurenstoffen im Kölner Abwasser.

Pilotanlage liefert Erkenntnisse

»AdOx Köln« lautet der Kurztitel des geförderten »Pilotprojekts zur Umrüstung der Kölner BIOFOR®-Flockungsfilter auf Spu-renstoffelimination«. Das Forschungsprojekt untersucht die Behandlung des Kölner Abwassers mit den beiden namens-gebenden Verfahren: der Adsorption an granulierter Aktivkoh-le (Ad) und der Oxidation mittels Ozonung (Ox). Es wird vom Umweltministerium des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert und umfasst ein Volumen von insgesamt 3,3 Millionen Euro. Ziel der StEB Köln ist es, über einen großtechnischen Versuch im Klärwerk Köln-Rodenkirchen die Grundlagen zu schaffen, um die beiden in der Fachwelt favorisierten Reinigungsverfah-ren zu testen und zu bewerten. Dies erfolgt in Zusammenarbeit mit dem planenden Ingenieurbüro Hydro-Ingenieure GmbH aus Düsseldorf und mit akademischer Begleitung des Insti-tuts für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen. Inhaltlich werden die Aktivkohleadsorption und die Ozonung hinsichtlich ihrer Wirksamkeit, Kosteneffizienz und Betriebs-tauglichkeit für das Kölner Ablaufabwasser untersucht und Er-kenntnisse für einen effizienten, betriebsoptimierten Umgang mit einer Vierten Reinigungsstufe gewonnen.

Erfahrungen zum Umbau einer Vierten Reinigungsstufe auf Klärwerken

Manuel HartenbergerDipl.-Ing., Zentrale Aufgaben, Klärwerke und Entsorgung, StEB Köln, AöR

Forschen für die Zukunft

Abb. 1

Vierte ReinigungsstufeDie Untersuchungen werden an einer großtechnischen Versuchsanlage im Klärwerk Köln-Rodenkirchen durch-geführt. Hier wird für die Zukunft geforscht.

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Um das Ziel zu erreichen, wurde im März 2017 nach einjähri-gen Bauzeit eine großtechnische Pilotanlage im Klärwerk Köln-Rodenkirchen in Betrieb genommen. Von den sechs Filterzellen der vorhandenen, alten Filteranlage wurden zwei Filterzellen auf den Versuchsbetrieb mit granulierter Aktivkohle (GAK) und Ozonung umgebaut, während eine dritte Filterzelle aus dem Bestand als Referenz genutzt wird. Resultat ist ein dreistraßi-ger, paralleler Versuchsbetrieb, der die Untersuchung aller drei Filterzellen unter gleichen Betriebsbedingungen erlaubt (siehe Abb. 2).

Handlungsbedarf wird sichtbar

Nach der Inbetriebnahme wurden verschiedene Probleme im Anlagenbetrieb der Pilotanlage festgestellt, deren Behebung geld- und zeitaufwändig war. Abbildung 4 stellt dar, mit wel-chen Problemen sich das Projektteam befassen musste, um adäquate Lösungen herbeizuführen. Die hierbei erlangten Betriebserfahrungen sind auch für andere Anlagenbetreiber von Interesse, die mit dem Gedanken spielen, eine Vierte Rei-nigungsstufe zu errichten. Sie verdeutlichen, dass bereits bei der Planung eines derartigen Projektes eine erhöhte Aufmerk-samkeit erforderlich ist, um langwierige Nacharbeiten zu ver-meiden.

Obwohl die StEB Köln über eine große Erfahrung im Betrieb von Filtrationsanlagen verfügen und die Planung durch ein renommiertes Ingenieurbüro sowie mit wissenschaftlicher Be-

gleitung der RWTH Aachen erfolgte, konnte der stabile Betrieb mit allen drei Verfahrensstraßen erst im Jahr 2018 realisiert werden. Das zeigt, dass die Errichtung und der Betrieb von Rei-nigungsstufen zur Spurenstoffelimination in der Praxis noch erhebliche Risiken und ungelöste Fragestellungen mit sich bringt. Daher ist vielerorts noch Forschungsarbeit erforderlich, um neue Reinigungsverfahren in der Abwassertechnik vor dem Hintergrund betriebstauglicher Anwendbarkeit zu realisieren.

Was die bisherigen Ergebnisse anbelangt, so zeigt sich bei einem bis dato aufkommenden Gesamtvolumen von ca. 27 000 Kubikmeter Wasser im Bereich der Aktivkohlefiltration, dass die Elimination von Spurenstoffen der Großtechnik mit der Durchbruchreihenfolge der Halbtechnik korrespondiert. Das heißt, dass die Eliminationsleistung der Aktivkohle in der Groß-technik in gleicher Weise für bestimmte Spurenstoffe nachlässt wie in den vorangegangenen halbtechnischen Untersuchun-gen. Die folgenden Diagramme zeigen die Ablaufkonzentrati-onen (Y-Achse) ausgewählter Stoffe in Abhängigkeit von den durchgesetzten Gesamtmengen (X-Achse) der granulierten Aktivkohle. Bei einem angenommenen Grenzkriterium von 80 Prozent Reinigungsleistung ergeben sich die entsprechenden Durchbrüche, die in Abbildung 3 veranschaulicht werden.

Abb. 2: Vergleich von drei Verfahren: Das schematische Verfahrensfließbild erläutert den dreistraßigen, parallelen Versuchsbetrieb.Hier werden Aktivkohle und Ozon miteinander verglichen.

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Abb. 3: Erwartungsgemäß: Die Stoffe brechen in folgender Reihenfolge durch: DOC > DCF > CBZ > 1H-BTZ. Daraus lässt sich ableiten, wie effektiv die eingesetzte Aktivkohle für bestimmte Stoffe ist und wann man sie austauschen sollte.

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Abb. 4: Beispiele für Unwägbarkeiten und Nachrüstungen an der Vierten Reinigungsstufe

Kombiniertes Verfahren ist in Planung

Die Ergebnisse der Ozonung werden noch erhoben. Insofern kann der angestrebte Vergleich zwischen Aktivkohlefiltration und Ozonung zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht publiziert werden. Prinzipiell zeichnet es sich für die StEB Köln jedoch ab, dass beide Reinigungsverfahren ihre Daseinsberechtigung haben, wenn es darum geht, das Kölner Abwasser von Mikro-schadstoffen zu befreien. Das unterstreicht auch die Einbezie-hung weiterer Erkenntnisquellen. Letztlich wird das bis Ende 2018 laufende Forschungsvorhaben die Entscheidungsgrund-lage für eine eventuelle Umnutzung der Filteranlage im Groß-klärwerk Köln-Stammheim hinsichtlich der Spurenstoffentfer-nung bilden.

Um für die kommenden Aufgaben gerüstet zu sein, ver-folgen die StEB Köln derzeit die Planung eines kombinierten Verfahrens aus Ozonung und nachgeschalteter Aktivkohlefil-tration, dessen Umsetzung und Untersuchung für das Jahr 2019 angestrebt wird. Damit verbunden ist die Hoffnung auf

mehr Flexibilität im Anlagenbetrieb, um auch auf mögliche weitere Aufbereitungsziele in der Zukunft — zum Beispiel die Reduzierung von antibiotikaresistenten Keimen — reagieren zu können.

Literatur:

BRANDENBURG, H.; BENSTÖM, F.; HARTENBERGER, M. (2018): Umbau einer Kölner BIOFOR®-Filtrationsanlage zur 4. Reinigungsstufe — Vor-trag auf der Fachtagung »Arzneimittel und Mikroschadstoffe in Ge-wässern« vom 19. Juni 2018 in Rheinterrasse Düsseldorf

BENSTÖM, F.; KEYSERS, C.; LINNEMANN, V.; BRESSLING, J.; PINNEKAMP, J.; NIEHOFF, H.; MAUER, C. ARMBRUSTER, M.; DITTMANN, R.; ROTZ-SCHE, I.; HARTENBERGER, M.; BAUR, B.; POPPE, A.; BOMBA, A. (2013): Umrüstung der Kölner BIOFOR-Flockungsfilter auf Spurenstof-felimination (AdOx Köln) — Abschlussbericht Phase 1, gerichtet an das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein Westfalen (MKULNV NRW)

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Die Klärschlammentsorgung in Deutschland steht vor einem Umbruch. Während die alte Klärschlammverordnung aus dem Jahr 1992 vor allem die Ausbringung von Schadstoffen auf die Felder minimieren sollte, haben sich die Rahmenbedingungen mittlerweile erheblich verändert. So hat der steigende Kosten-druck bei der Klärschlammverbrennung bei allen Kanalnetz- und Kläranlagenbetreibern zu einer langfristigen und letztend-lich erfolgreichen Indirekteinleiterüberwachung geführt, das gilt auch für Köln (siehe Tab. 1).

Tab. 1 Schadstofffrachten im Kölner Klärschlamm 2001–2016

Im Rahmen der Entwicklung konnten die Frachten für die problematischen Schadstoffe Blei, Quecksilber und Cadmium durchweg halbiert werden. Der Klärschlamm des Großklär-werks Köln-Stammheim unterschreitet bereits seit mehreren Jahren die Grenzwerte. Er hätte folglich landwirtschaftlich ver-wertet werden können.

Klärschlämme müssen künftig verbrannt werden

Am 3. Oktober 2017 trat die neue Klärschlammverordnung in Kraft. Vorausgegangen war ihr eine langjährige Diskussion über neue Schutzstandards, die Absenkung der Schwermetall-grenzwerte und die Einführung neuer Grenzwerte für organi-sche Schadstoffe und Hygienisierungsregeln. Bereits mit dem Inkrafttreten hatte sich ihr Regelmechanismus vollkommen verschoben: Über Schadstoffe spricht heute niemand mehr, denn deren Grenzwerte sind praktisch gleich geblieben und stellen keine Hürden mehr dar.

Zentrales Element der Verordnung ist vielmehr die Pflicht zur Phosphor-Rückgewinnung und das damit einhergehende Verbot der landwirtschaftlichen Verwertung für Schlämme aus

großen Kläranlagen. Dieses gilt unabhängig von der Qualität der Klärschlämme und besagt, dass die landwirtschaftliche Verwertung für Kläranlagen mit einer Ausbaugröße von min-destens 100 000 Einwohnerwerten (EW) im Jahr 2029 endet. Für Kläranlagen über 50 000 EW läuft die Frist bis 2032. Somit wird die Verbrennung zum einzig verbleibenden Entsorgungs-weg, sieht man einmal von der stofflichen Verwertung nach Schadstoffelimination ab, die nur über Sonderverfahren mög-lich sein wird. Die Monoverbrennung von Klärschlamm wird zum Verfahren der Wahl. Dabei muss der in der Klärschlamm-asche enthaltene Phosphor zurückgewonnen oder direkt stoff-lich verwertet werden, eine Zwischenlagerung ist jedoch er-laubt. Eine Mitverbrennung des Schlammes mit aschereichen Brennstoffen ist nur noch gestattet, wenn der Phosphorgehalt des Klärschlamms den Wert von 20 Gramm per Kilogramm Trockensubstanz (g/kg TS) unterschreitet oder sein Phosphor-gehalt zuvor um mehr als 50 Prozent abgesenkt wurde.

Auf diese Art und Weise wird aus der direkten Verwertung des Schlammes als Dünger eine technologische Lösung, bei der mit erheblichem anlagentechnischen Aufwand der Phos-phor aus dem Klärschlamm herauszulösen ist, um ihn in Dün-ger oder andere chemische Produkte umzuwandeln. Während dies für den Phosphor gelingen wird, geht der zweite im Klär-schlamm enthaltene Düngerstoff, der Stickstoff, verloren, da er bei der Verbrennung in die Atmosphäre entweicht. Ein Vorteil des neuen Weges ist allerdings, dass organische Schadstoffe vom Ackerboden ferngehalten werden. Eine Abwägung der unterschiedlichen Aspekte wurde leider nicht vorgenommen. Ausschlaggebend für die Entscheidung der Bundesregierung war die bestehende Abhängigkeit von Phosphorimporten aus instabilen Herkunftsländern, insbesondere aus Marokko.

Perspektivisch werden aufgrund der neuen Regelung massi-ve Verschiebungen im Entsorgungsmarkt erwartet. In der Praxis erfolgen die Anpassungen nicht erst mit Fristablauf, sondern schon heute. Bereits in den letzten Jahren ist die stoffliche Verwertung von Klärschlamm durch die seit 2015 geltenden Grenzwerte der novellierten Düngemittelverordnung und ande-re Markterschwernisse um rund 10 Prozent gesunken. Künftig ist für die Verwertung von Klärschlamm in der Landwirtschaft und im Landschaftsbau eine weitere Verringerung von gut 40 Prozent auf nur noch rund 430 000 Tonnen Trockensubstanz

Partnermodelle der Zukunft

Gemeinsam mit anderen Kläranlagenbetreibernfördern die StEB Köln eine Klärschlammkooperation im Rheinland

Jörn KleimannDipl.-Ing., Betrieb, StEB Köln, AöR

Ergün YücesoyDr.-Ing., Stabstelle Sonderaufgaben Betrieb, StEB Köln, AöR

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pro Jahr (TS/a)1 zu erwarten. Durch den Wegfall dieser Men-gen steigt der Bedarf an thermischen Entsorgungskapazitäten. Fast 80 Prozent der in Deutschland anfallenden Klärschlamm-menge wird in Zukunft verbrannt werden.

Abb. 1: Klärschlammanfall und Kapazitätsbedarf in Deutschland, Grafik

StEB Köln, Daten für 2014 aus [1]

Gefragt sind neue Wege

Heute stellen Kraftwerke der Mitverbrennung mit Stein- und Braunkohle zwei Fünftel der Verbrennungskapazitäten dar. Gerade die Stadtentwässerungsbetriebe Köln, AöR (StEB Köln) haben in der Vergangenheit von der Nähe zu den drei großen Braunkohleveredelungskraftwerken profitiert. Seit 1996 wurde 90 Prozent des Kölner Klärschlammes in den Kraftwerken der RWE Power AG in Hürth-Berrenrath, Hürth-Goldenbergwerk und Frechen-Wachtberg verbrannt. Die Verfügbarkeit dieser Werke ist angesichts der Umwälzungen im Energiemarkt und vor dem Hintergrund des Klimaschutzes jedoch unsicher. An-gesichts des um circa 4,5 Prozent niedrigeren Phosphorgehalts der Mitverbrennungsaschen wäre die Phosphor-Rückgewin-nung deutlich aufwändiger als bei Asche aus der Monover-brennung. Hier liegt der Wert bei knapp 8 Prozent. Vor dem Hintergrund der Energiewende und des Klimaschutzes wird die Mitverbrennung von Klärschlämmen in Kohlekraftwer-ken der Stromerzeugung in Zukunft keine Option mehr sein. Demzufolge wird der Bedarf an Monoverbrennungskapazitä-ten weiter zunehmen. Steigerungen bei den Entsorgungsprei-sen werden die Folge sein. Hat bisher die zweite Säule der Klärschlammentsorgung, die Landwirtschaft, preisdämpfend gewirkt, so ist diese aktuell zu einem wenig tragfähigen Stand-bein geworden. Die düngerechtlichen Anforderungen wurden zwar (teilweise) auch auf Wirtschaftsdünger ausgedehnt, die Branche aber wird die eigenen Dünger dem Klärschlamm stets vorziehen. Als letztes Element in der Reihe wird Klärschlamm auf dem Markt von Wirtschaftsdüngern (Mist, Gülle, Geflügel-trockenkot), Gärresten und Kompost verdrängt werden.

All das führt dazu, dass wir uns schon heute um eine nach-haltige und wirtschaftlich vertretbare Klärschlammentsorgung zur Absicherung der Entsorgungssicherheit Gedanken machen müssen. In einem ersten Schritt haben die StEB Köln in Koope--ration mit 14 anderen großen Kläranlagenbetreibern in Nord-rhein-Westfalen (NRW) den Bestand an Verbrennungsanlagen

und den künftigen Bedarf abgeglichen. Dabei wurde insbeson-dere berücksichtigt, dass viele der derzeitigen Verbrennungs-anlagen altersbedingt in den nächsten Jahren ersetzt werden müssen. Ein Szenario der Untersuchung zeigt Abbildung 2.

Die Bedarfscluster sind willkürlich gewählt und stellen ein Gesamtbild aus mehreren Szenarien dar. Im abgebildeten Fall wurden den Verbrennungsanlagen der großen Verbände im Zentrum NRWs neben deren Eigenentsorgung auch Schlämme naheliegender Erzeuger zugeordnet. Die verbleibenden Ent-sorgungslücken wurden für die Regierungsbezirke Düsseldorf, Köln und Münster/Detmold summiert.

Die Untersuchung aus dem Jahr 2015 bestätigt, dass eine Deckung des Bedarfs an Verbrennungskapazitäten in den Ver-edelungskraftwerken der rheinischen Braunkohlewirtschaft leicht herstellbar wäre. So könnten die dortigen Kapazitäten mit relativ geringem Aufwand vergrößert werden. Entschei-dend ist hier aber die Frage, inwieweit bei der Absenkung des Phosphorgehaltes in der Asche die obligatorische Rückgewin-nungsrate von 80 Prozent technisch und wirtschaftlich erreicht werden könnte und wie die Zukunftsperspektive der Großan-lagen einzuschätzen ist. Dabei sollte von einem Zeithorizont über das Jahr 2030 hinaus ausgegangen werden.

Hinzu kommt, dass die bisherigen Ausführungen aus-schließlich Klärschlämme aus NRW einbeziehen. Bereits heute allerdings werden auch erhebliche Mengen aus dem übrigen Deutschland und dem benachbarten Ausland in den Braun-kohlekraftwerken entsorgt. Dies erschwert die Prognose und bringt zusätzliche Unsicherheit für die Kläranlagenbetreiber in NRW mit sich. Bilanziert man ausschließlich den nordrhein-westfälischen Anteil, so besteht aktuell eine Kapazitätslücke in der Monoverbrennung von rund 140 000 Tonnen Trockensubs-tanz pro Jahr. Hier ist mit einem Anstieg auf 160 000 Tonnen zu rechnen, wenn die in die Jahre gekommenen Anlagen in Bonn und Düren nicht durch neue Anlagen ersetzt werden.

Abb. 2: Bedarfscluster für reine Monoverbrennung[Karte Wikipedia, Grafik: StEB Köln]

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Gemeinsam Zukunft planen

Die Klärschlammverordnung sieht lange Übergangsfristen von 12 beziehungsweise 15 Jahren bis zur Verwirklichung der Phos-phor-Rückgewinnung vor. Diese zunächst großzügig erschei-nenden Zeiträume sind auch erforderlich, da die Identifikation von Standorten neuer Verbrennungsanlagen und deren Ge-nehmigung und Bau in jedem Falle Zeit in Anspruch nehmen wird. Trotzdem ist es erstaunlich, wie schnell der Markt dieses langfristige Signal vorwegnimmt, So beschleunigte sich die Entwicklung nach einem allmählichen, aber beständigen Preis-anstieg in den letzten fünf Jahren mit Inkrafttreten der neuen Verordnung immens. Wer im Jahr 2017 neue Entsorgungsver-träge abschließen musste, sah sich mit erheblichen Preisstei-gerungen konfrontiert. Die landwirtschaftliche Verwertung, die lange Zeit in einer Größenordnung von 35 Euro pro Tonne (ab Kläranlage, netto) rangierte, schließt heute beim Doppel-ten ab. Auch die thermischen Entsorgungspreise zogen 2017 deutlich an. So musste derjenige, der Entsorgungskapazitäten ergattere, ebenfalls mit einem erhöhten Preisniveau rechnen. Glücklich dürfen sich nur diejenigen schätzen, deren Verträge noch über einige Jahre laufen.

Obwohl eine derartige Entwicklung 2015 bereits absehbar war, erhöhte sie auch in Köln den Druck hinsichtlich der Fra-ge, wie eine Entsorgung in der Monoverbrennung technisch und wirtschaftlich sinnvoll verwirklicht werden könnte. Daher haben die StEB Köln Kooperationen gesucht und mit den be-nachbarten Kläranlagenbetreibern — dem Wasserverband Eifel-Rur, dem Erftverband und der Bundesstadt Bonn — eine Klärschlammpartnerschaft gebildet. Diese beauftragte ein In-genieurbüro mit der Erstellung einer Machbarkeitsstudie hin-sichtlich gemeinsamer Lösungsansätze.

Die beteiligten Kooperationspartner betreiben in der Köl-ner Bucht und in der Eifel zahlreiche Kläranlagen mit einem Aufkommen von insgesamt rund 65 000 Tonnen Trockensub-

stanz Klärschlamm pro Jahr. Dabei geben 65 Kläranlagen Klärschlamm in die Entsorgung ab. Bereits heute werden diese Klärschlämme fast ausschließlich in den nahen Braunkohle-kraftwerken thermisch verwertet.

Im Rahmen der Machbarkeitsstudie wurden unterschied-liche Anlagenkonzepte zur sicheren Entsorgung von in der Kooperationsgemeinschaft anfallenden Klärschlammmengen entwickelt und miteinander verglichen. Dabei wurden verschie-dene Standorte sowohl unter technischen Aspekten als auch bezüglich der genehmigungsrelevanten Standortbedingun-gen, des logistischen Aufwandes für den Schlammtransport und der optimalen Nutzung der vorhandenen Standortperi-pherie betrachtet. Zusätzlich wurden die energetischen und wirtschaftlichen Potenziale der dezentralen Trocknung auf Kläranlagen untersucht.

Aufgrund der für die Klärschlammverbrennung bewährten Robustheit und Anlagensicherheit der stationären Wirbel-schichtfeuerung wurde diese Methode als Kern der Verfahrens-kette definiert. In einer weiteren Differenzierung wurde die zweistufige Verbrennung im Wirbelschichtofen ausgewählt. Sie ermöglicht es, durch das bessere Teillastverhalten und eine verringerte Stickoxidbildung auf eine SNCR-Rauchgasreini-gung zu verzichten. Die durchgeplanten Bestandteile der Ver-fahrenskette umfassen somit insgesamt sieben Aspekte: von der Schlammannahme und -stapelung über die Trocknung und Brüdenaufbereitung bis zur Verbrennung, Energienutzung, Rauchgasreinigung und Zwischenlagerung der Asche.

Die Phosphor-Rückgewinnung aus der Asche war nicht Ge-genstand der Untersuchung. Zu diesem Punkt vertritt die Ko-operation die Meinung, dass die heute bekannten Verfahren technisch noch nicht ausgereift seien und ihre Kosten noch nicht belastbar nachgewiesen werden könnten. Zudem sei der Markt für Recycling-Phosphor noch in der Entwicklungsphase und erlaube heute noch keine verlässlichen Prognosen.

Daher geht die Kooperation zunächst von einer Zwischenla-gerung der Asche aus. Die weitere Planung sieht entsprechen-den Platz für die Errichtung einer Aufbereitungsanlage vor. Im Laufe des mehrjährigen Prozesses der Errichtung einer Mono-klärschlammverbrennungsanlage könnte dabei entweder eine eigene oder externe Phosphor-Rückgewinnung angeschlossen oder die direkte stoffliche Verwertung gewählt werden.

Studie empfiehlt fünf Standorte

Nach einer Vorauswahl von möglichen Standorten für die Ver-brennungsanlage durch die Kooperation wurden fünf Standor-te näher betrachtet. Darunter befinden sich auch Standorte, an denen bereits Verbrennungsanlagen betrieben werden.

Die wesentlichen Erkenntnisse einer dazu durchgeführten Studie können wie folgt zusammengefasst werden:

Verbrennung in der Wirbelschicht ist eine enge Verzahnung der Energieströme mit den Bestandsanlagen — zum Beispiel durch die gemeinsame Nutzung einer vorhandenen Turbi-Abb. 3: Kooperation Klärschlammentsorgung im Rheinland

Planung Projektmanagement

Bauüberwachung Wirtschaftsgutachten

Vermessung IT-Dienstleistungen

Beratung Öffentlichkeitsarbeit

Rheinboulevard Köln-DeutzFotos: V. Dennebier

Kreative Ingenieurleistungenfür eine intakte Umwelt

Ingenieurbüro GmbH

ne — nicht vorteilhaft. Die zu erwartenden Erlöse für die Abgabe von Dampf und Wärme auf unterschiedlichen ther-mischen Ebenen wiegen die notwendige externe Stromver-sorgung nicht auf. Eine energieautarke Konstellation wäre hier günstiger.

nicht wirtschaftlich. Die Verringerung des Transportaufwan-des fällt diesbezüglich nicht ins Gewicht. Selbst bei güns-tigen energetischen Randbedingungen (BHKW-Abwärme) scheint eine dezentrale Trocknung nicht rentabel.

-voller als zwei Anlagen, die verkehrsgünstiger im Versor-gungsgebiet platziert werden könnten. Die Kosten für den Transport sind hier nicht ausschlaggebend. Es wäre eine rein politische Entscheidung, den Transport mit seinen ökologi-schen und volkswirtschaftlichen Kosten höher zu bewerten als in der betriebswirtschaftlichen Kalkulation ausgewiesen.

kalkulierbaren Entsorgungskosten kaum. Daher sind aktuell weiche Faktoren wie Zukunftsfähigkeit, Genehmigungsfä-higkeit und soziale Akzeptanz ausschlaggebend.

Die Klärschlammmenge der Kooperation erlaubt den Bau und Betrieb einer großen und damit wirtschaftlichen Mono-verbrennungsanlage. Eine deutlich größere Anlage würde aufgrund üblicher Skalierungseffekte noch günstigere Entsor-gungskosten erzielen. Zudem könnte eine derartige Anlage weitere Partner motivieren.

Insbesondere private Industriepartner sollten jedoch zwin-gend über ein Vergabeverfahren identifiziert und ausgewählt werden. Dies ist zwar ein zeitaufwändiger, aber durchaus gangbarer Weg, auch wenn die Konzeption einer solchen Lö-sung gewisse Unsicherheiten beinhaltet.

So müsste ein Vergabeverfahren den Vergabegegenstand präzise umreißen — in diesem Fall die gemeinsame Bildung

einer Gesellschaft zur Errichtung und zum Betrieb einer Mono-klärschlammverbrennungsanlage. Während die dazu benötig-te Technologie bekannt, bewährt und kalkulierbar ist, kann die sich anschließende Phosphor-Rückgewinnung derzeit nur als Absicht beziehungsweise Ziel formuliert werden. Ihre Umset-zung mit eigenen oder fremden Anlagen ist noch offen. Daher sollte hierzu künftig ein erneutes Vergabeverfahren erfolgen, das sinnvollerweise aber erst dann anlaufen kann, wenn die Technologien dafür greifbar sind.

Zu bedenken ist auch, dass günstige Preiseffekte nur durch die Schaffung nennenswerter Mehrkapazitäten zu erwarten wären. Damit begäbe sich die künftige Gesellschaft in Markt-risiken, denn eine unvollständige Auslastung würde das Be-triebsergebnis massiv tangieren. Es ist derzeit noch offen, ob sich ein privater Partner findet, der diese Risiken übernehmen könnte. Auch eine entsprechende vertragliche Absicherung würde die öffentlichen Teilhaber der Gesellschaft jedoch nicht schützen, sollte sich der private Partner freiwillig oder unfrei-willig zurückziehen.

Die Kooperation hat sich mit der Unterschrift von drei Part-nern zu einer rein öffentlichen Lösung bekannt. Auf dieser Ba-sis kann nun die Gründung einer GmbH angegangen werden, der entsprechende Vertrag wurde am 17. Juli 2018 von den Vorständen des Wasserverbandes Eifel-Rur, des Erftverbandes und der StEB Köln unterzeichnet. Die Bundesstadt Bonn prüft derweil noch eine eigenständige Lösung am Standort der Bon-ner Müllverbrennungsanlage, sie hat noch für eine Übergangs-zeit Gelegenheit, der Kooperation beizutreten.

Literatur

1 Lehrmann, Sixt, 2016. Korrespondenz Abwasser S. 878, 2016 –102 Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH, Künftige Klärschlamment-

sorgung in Nordrhein-Westfalen, 09.06.2015. Interne Studie für StEB Köln u. a.

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Die Realisierung der Rechengutzerkleinerung (RGZ) und erste Betriebserfahrungen

Gerhard MarxDipl.-Ing, Ingenieurbau, StEB Köln, AöR

Alexander SawatzkiDipl.-Ing, Ingenieurbau, StEB Köln, AöR

Technisch und wirtschaftlich sinnvoll

Auf dem Großklärwerk der Stadtentwässerungsbetriebe Köln, AöR (StEB Köln) in Köln-Stammheim fielen in den Jahren 2008 bis 2010 jährlich rund 3500 Tonnen Rechengut an, die mit hohem finanziellem Aufwand als Abfall entsorgt werden muss-ten. Dabei lagen die spezifischen Entsorgungskosten 2008 bei 103,1 Euro pro Tonne (€/t) woraus sich laufende Gesamtkos-ten in Höhe von ca. 361 850 Euro ergaben.

Aufgrund der stark steigenden Entsorgungskosten und der Betriebsprobleme bei der Entsorgung von Rechengut wurde nach Alternativen der Rechengutbehandlung gesucht. Die Überlegung war, das Rechengut zu zerkleinern und zusammen mit dem Überschussschlamm anaerob zu behandeln, um es anschließend als Klärschlamm thermisch verwerten zu können. Dies ermöglicht eine wesentliche Reduktion der Entsorgungs-kosten sowie eine Erhöhung der Gasausbeute und eine Ver-besserung der Entwässerbarkeit des Faulschlammes. Es stellt insofern eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Option der Verwertung dar.1, 2, 3

In einem ersten Schritt erfolgte der Versuch einer dreistufi-gen Zerkleinerung des Rechengutes, das anschließend im Faul-behälter co-fermentiert wurde. Auf dieser Basis konnte eine großtechnische Versuchsanlage geplant und realisiert werden.

Der Aufbau der Versuchsanlage

Die Versuchsanlage wurde zunächst mit einem in Reihe ge-schalteten Doppelwellen- und Messerrotorzerkleinerer aufge-baut und anschließend um einen weiteren Messerrotorzerklei-nerer erweitert. Das Prinzip funktioniert so, dass die schwer zu zerschneidenden Stoffe zunächst im Doppelwellenzerkleine-rer vorbehandelt werden, da sie ansonsten zu einer Blockade der Messerrotorzerkleinerer führen würden. Dazu wurden die Schneidsiebe der Messerrotorzerkleinerer aufeinander abge-stimmt, es wurde sowohl ein 16/12 Millimeter-Sieb als auch ein 8 Millimeter-Sieb verwendet. Im Ergebnis konnten der an-gestrebte hohe Aufbereitungsgrad bei vertretbarem Verschleiß erzielt und ein guter Störstoffrückhalt erreicht werden.

Wichtig war und ist es, die gesamte Anlage vor Störstoffen — insbesondere Metallen, Steinen und hochfesten Betonen — zu schützen. Dies erfolgt durch einen sogenannten Grobstoff-abscheider. Zudem muss stets ausreichend Verdünnungswas-

ser eingesetzt werden, um den sicheren Betrieb der Aggrega-te zu gewährleisten. Deutlich wurde, dass eine Betriebsgrenze von 2,5 Prozent Trockenrückstand (TR) nicht überschritten wer-den sollte, da sonst eine Phasentrennung des Rechengut-Was-ser-Gemisches eintritt, welche zu Verstopfungen führen würde.

In verschiedenen Rührversuchen wurde nachgewiesen, dass das aufbereitete Rechengut kaum zu Anlagerungen von faserartigen Materialien (sogenannten Verzopfungen) neigt, was auch in der nachfolgenden Schlammbehandlung nur zu geringen Betriebsproblemen führen dürfte. Die Partikelgrößen des aufbereiteten Rechengutes liegen aktuell bei circa vier bis 14 Millimeter. Es zeigte sich zudem, dass kurzfristig hohe Re-chengutmengen, insbesondere bei Regenfällen nach längeren Trockenwetterperioden, ein schwer kalkulierbares Betriebsrisi-ko für die Rechengutzerkleinerung (RGZ) darstellen.

Die Bemessung und Planung der Rechengutzerkleinerung

Für die Bemessung der Rechengutzerkleinerung wurden die Betriebsdaten aus dem Jahr 2008 herangezogen. Diese sind in Tabelle 1 zusammenfassend dargestellt.

Abb. 1: Zerkleinertes Rechengut (suspensionsartig)

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Tabelle 1: Betriebsdaten zur Rechengutzerkleinerung aus dem Jahr 2018 (TS = Trockensubstanzgehalt; TR = Trockenrückstand)

Um die Fließfähigkeit des zerkleinerten Rechenguts si-cherzustellen und somit Betriebsstörungen an der Zerkleine-rungsanlage zu vermeiden, muss bei Verwendung eines 8 Millimeter-Schneidsiebes in den Messerrotorzerkleinerern ein Trockenrückstand-Gehalt (TR-Gehalt) von weniger als 2,5 Pro-zent eingestellt werden.4 Als Betriebsmittelwert wurde hier von einem TR-Gehalt von 2,0 Prozent ausgegangen. Die Re-chengutzerkleinerung wurde auf eine maximale Behandlungs-menge von 40 Kubikmeter pro Stunde (m3/h) ausgelegt. So-mit liegt der maximale Brauchwasserbedarf zur Verdünnung bei 30 Kubikmeter pro Stunde.

Um eine feste Umhausung für die geplante Rechengutzer-kleinerung zu schaffen und die Aggregate sowie die Steue-rungstechnik vor schädigenden Witterungseinflüssen zu schüt-zen, wurde der Bau eines neuen Gebäudes notwendig, Dieser erfolgte angrenzend an das bestehende Rechengebäude, auch um die Transportwege kurz zu halten.

Die maschinentechnische Ausrüstung der Anlage

Die maschinentechnische Ausrüstung der Rechengutzerkleine-rung wird zunächst in einer Straße, bestehend aus einem Dop-pelwellenzerkleinerer (Durchsatz 40 m³/h, 18,5 Kilowatt) und zwei Messerrotorzerkleinerern (Durchsatz 40 m³/h, Spaltsieb 12 bis 16 mm¸15 Kilowatt, sowie Durchsatz 40 m³/h, Spalt-sieb 8 mm, 15 Kilowatt) aufgebaut. Der Aufbau einer zweiten, baugleichen Straße ist nachträglich möglich.

Vom Ablauf her wird das anfallende Rechengut über zwei Rohrförderschnecken (Durchmesser jeweils 500 mm) der Anlage zugeführt. Hier wird es über eine Stellweiche in ein Schwemmrinnensystem (Durchmesser 300 mm, zwei Prozent Gefälle) geleitet, in dem ein Schwergutabscheider Schwerstof-fe wie Steine oder Metallteile abscheidet. Zudem wird ein Luft-Wassergemisch zugegeben, um gegebenenfalls eingetragenes Rechengut wieder auszuschwemmen. Die Abscheidung der Störstoffe erfolgt automatisch.

Anschließend wird das zerkleinerte Rechengut über eine Exzenterschneckenpumpe und eine molchbare Förderleitung

Abb. 2: Planung zur Realisierung der großtechnischen Anlage

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in die Schlammbehandlung transportiert. Dort kann über ent-sprechende Armaturen der Weg in einen der fünf Faultürme oder in die Nacheindicker gewählt werden.

Die Realisierung der großtechnischen Anlage

Ausgehend von den dargestellten Parametern wurde die Re-chengutzerkleinerungsanlage in großtechnischem Maßstab geplant und realisiert. Während der Ausführung wurde ein Bogensieb zur Rückführung des Schwemmwassers nachgerüs-tet, um einen Trockensubstanzgehalt zwischen zwei und fünf Prozent zu realisieren und damit den Wasserverbrauch erheb-lich zu reduzieren. Die Anlage wurde in die Prozessleittechnik integriert und soll, wie der gesamte Bereich, künftig von der Leitwarte aus gesteuert werden.

Der durchgeführte Probebetrieb machte deutlich, dass die Anlage die normal anfallenden Rechengutmengen gut verar-beiten kann, soweit die Zuführung des Rechengutes möglichst gleichmäßig erfolgt. Bei Spülstößen und daraus folgenden Spitzen gerät sie allerdings an Ihre Grenzen. Werden über die Schneckenförderer zeitgleich — beispielsweise von zwei Rechen gleichzeitig — große Mengen an Rechengut eingebracht, sind Schwemmrinne und Zerkleinerer überfordert und reagieren mit Verstopfungen. Aktuell werden weitere Maßnahmen in der

Leittechnik vorgenommen, um derartige Förderspitzen zu ver-meiden. Das zerkleinerte Rechengut konnte problemlos über die Förderleitung transportiert werden. Im Nacheindicker ging es im Überschussschlamm auf, ohne dass erkennbare Betriebs-probleme auftraten.

Aufgrund der Erfahrungen aus dem Testbetrieb wurden zahlreiche Optimierungen an der Anlagensteuerung vorge-nommen, vor allem hinsichtlich der Schieberstellungen und der Nachlaufzeiten. Es stellte sich heraus, dass die An- und Abfahrprozeduren eigens programmiert werden müssen, um die Anlage wieder in einen gereinigten Endzustand fahren zu können.

Ein Problem stellten immer wieder auftretende Verstopfun-gen der Messerrotorzerkleinerer dar, deren Ursache noch nicht geklärt werden konnte. Hier soll eine genauere Beobachtung der Zerkleinerungsvorgänge erfolgen, sowohl im Doppelwel-len- als auch im Messerrotorzerkleinerer. Dabei wird der An-pressdruck der Messerrotoren in kleinen Schritten bis auf 6 bar erhöht, um bei akzeptablem Verschleiß ein sicheres Abscheren zu gewährleisten.

Erste Betriebsergebnisse zeigen, dass das zerkleinerte Re-chengut im Mittel einen Trockenrückstand von drei Prozent aufweist. Es konnte problemlos über die knapp 420 Meter lan-ge Leitung mit DN 125 gefördert werden (siehe Tab. 2).

Abb. 3: Montage der Anlage Abb. 4: Inbetriebnahme der Anlage

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Perspektiven der Entwicklung

Der Betrieb der Versuchsanlage wird mit dem Ziel, 85 Prozent des anfallenden Rechengutes über den dargestellten Weg zu führen, fortgesetzt. Weitere Optimierungen konzentrieren sich darauf, Spitzenbelastungen zu erkennen, Störungen durch Ver-stopfungen zu vermeiden und im Bedarfsfall rechtzeitig auf andere Förderwege umstellen zu können.

Sobald die Rechengutzerkleinerung stabil läuft, soll auch ermittelt werden, wie sich die Zugabe des Rechengutes auf die Entwässerbarkeit des Faulschlamms auswirkt. Dafür soll das Rechengut vorerst gezielt dem ausgefaulten Schlamm in

einem der vier Nacheindicker zugegeben und über eine Zentri-fuge entwässert werden.

Erweisen sich auch diese Versuche als erfolgreich, könnte die Zugabe des zerkleinerten Rechengutes direkt in die Fau-lung erfolgen. So kann ermittelt werden, ob sich die Gasaus-beute entsprechend erhöht. Dies zu bewerten wird jedoch aufgrund der doch verhältnismäßig geringen Mengen an Re-chengut und der ohnehin vorhandenen Schwankungsbreite bei der Gasproduktion nicht einfach sein.

Quellen

1. Herbst, H. (2009): Nutzung von Rechengut in der Schlammbehand-lung — Ergebnisse Messphase 1–≠3, RWTH Aachen.

2. Bolle, F.-W. (2007): Untersuchungen zur Faulfähigkeit von Rechen-gutfraktionen auf dem GKW Köln-Stammheim, Abschlussbericht im Auftrag der Stadtentwässerungsbetriebe Köln, AöR.

3. Herbst, H. (2010): Nutzung von Rechengut in der Schlammbehand-lung — Abschlussbericht, Grontmij DPU GmbH.

4. André Zöbisch (2010) Interner Abschlussbericht Klärwerk Köln-Stammheim, Betriebsversuche zur Rechengutzerkleinerung, Regie-rungsbaumeister Schlegel GmbH

Tabelle 2: Erste Betriebsergebnisse

Abb. 5: Schwemmrinne im Probebetrieb

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Um die unterschiedlichen Anlagen bei den Stadtentwässe-rungsbetrieben Köln, AöR (StEB Köln) nach standardisierten Kriterien ganzheitlich bewirtschaften zu können, sind abge-stimmte Strategien, Ziele und Prozesse bei Planung, Bau, In-standhaltung und Betrieb zwingend erforderlich. Eine Chance bietet hier die Asset Management Methode als Teil der betrieb-lichen Steuerung.

Asset Management beschreibt einen Ansatz zur Bewertung der Assets — beispielsweise Anlagen, Bauwerke oder Fahrzeu-ge — hinsichtlich der Erreichung der strategischen Unterneh-mensziele. Die Methode beinhaltet neben organisatorischen Rahmenbedingungen auch die Erfassung und Steuerung der Risiken über den Lebenszyklus der Anlagen. So ist im Asset-management eine systematisierte und über alle Anlagen des Unternehmens einheitliche Anlagenbewertung nach unter-schiedlichen Kriterien möglich. Diese wiederum richtet sich an den Unternehmenswerten und strategischen Zielen der StEB Köln aus.

Bereits gelebte Praxis ist das Assetmanagement für die baulichen Anlagen im Kanal. Hier erfolgt eine regelmäßige Zustandsbewertung nach DWA-M149 . Basierend auf deren Er-gebnissen hat der Vorstand der StEB Köln langfristige und mit-telfristige Ziele definiert, die den angestrebten Zustand und den Funktionserhalt beziehungsweise eine angestrebte Funkti-onsverbesserung beschreiben. Aus diesen Zielen und den kon-tinuierlichen Zustandsbewertungen werden Investitions- und Sanierungsmaßnahmen unmittelbar abgeleitet.

Im Bereich der übrigen Assets wie Klär- und Pumpanlagen, Gebäude oder Fahrzeuge ist die Bewertung komplexer, da neben den kaufmännischen Anlagengrundlagen (Nutzungs-dauer, Restbuchwert) und dem baulichen Zustand auch die betrieblichen Kennwerte einbezogen werden müssen. Sie be-schreiben den Zustand der Anlage, die Betriebsstabilität und die Wirtschaftlichkeit des Betriebes. Für eine Vielzahl der As-sets liegen die Daten schon heute vor, ohne systematisch für eine Assetbewertung nach einheitlichen Kriterien genutzt zu werden. Daher konzentrieren sich die Aktivitäten der StEB Köln zum Aufbau eines Assetmanagements auf die Anlagen mit ho-her betrieblicher Komplexität.

Die fortschreitende Digitalisierung (mobile Instandhaltung, Industrie 4.0) führt dazu, dass die differenzierten Bewertun-gen aus Betrieb und Instandhaltung aller Assets digital und damit auswertbar zur Verfügung stehen. Dabei kann auf die Erfahrungen der bereits im Jahr 2008 bei den StEB Köln ein-geführten risikobasierten Instandhaltungsstrategie aufgebaut und diese konsequent weiterentwickelt werden.

Ziele des Assetmanagement bei den StEB Köln

Ziel des Assetmanagements ist es, alle Anlagen so zu betrei-ben, dass ihre Funktionen und Bauwerke sicher, umweltscho-nend und wirtschaftlich sind. Dabei geht es nicht darum, einen bestimmten Anlagenbilanzwert anzustreben, sondern vielmehr einen stabilen Funktionswert zu halten oder zu ver-bessern.

Die standardisierten Anlagenbewertungen und hieraus ab-geleitete Ergebnisse wie eindeutige Investitions- und Instand-haltungsmaßnahmen dienen im Zuge der mittelfristigen Bud-getplanung auch der Transparenz bei der Entwicklung neuer Maßnahmen. Gleichzeitig können in Assetberichten Auswir-kungen von bereits erfolgreich umgesetzten Maßnahmen be-wertet werden.

Hierzu werden Controlling- und Managementstrukturen etabliert, die über ein interaktives und flexibles Berichtswesen gesteuert werden. Auf diese Art und Weise dienen die Ergeb-nisse des Asset Managements der Kommunikation und Trans-parenz sowohl für die Entscheidungsträger als auch zwischen den einzelnen Betriebs- und Baubereichen. Um dies zu gewähr-leisten, werden kaufmännische, technische und betriebliche Daten standardisiert miteinander verknüpft.

Ansätze zur Umsetzung

Perspektivisch wird eine derzeit noch im Aufbau befindliche Systematik die standardisierte Bewertung sämtlicher Assets im Unternehmen sicherstellen und — ausgehend von den stra-

Assetmanagement für die betrieblichen Bereiche bei den StEB Köln

Heinz BrandenburgDipl.-Ing., Hauptabteilungsleiter Betrieb, StEB Köln, AöR

Robert LucianiSachgebietsleiter Technisches Controlling, Betrieb, StEB Köln, AöR

Christoph WeithDipl.-Ing., Sonderaufgaben Betrieb, StEB Köln, AöR

Vom Asset zur Strategie

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tegischen Unternehmenszielen — die Priorisierung von Inves-titions- und Instandhaltungsmaßnahmen unterstützen. Dabei gilt generell das Motto: Weniger ist mehr!

Das heißt, dass durch eine Zusammenfassung des Ge-samtanlagenbestandes zu einer überschaubaren Anzahl von Schlüssel-Assets eine übersichtliche Bewertung eines abgelei-teten, strategischen Handlungsbedarfs ermöglicht wird. Die Realisierung erfolgt ausgerichtet an der Relevanz und Kritizi-tät der Anlagen.

Als Strategieziele verfolgen die StEB Köln die Sicherstellung einer nachhaltigen Wasserwirtschaft sowie einer wirtschaftlich gesunden Unternehmensentwicklung. Zudem sollen die Kun-den- und Mitarbeiterorientierung sowie die Beteiligungsstruk-tur zukunftsfähig ausgestaltet werden. Begleitet wird dies von einem Controlling, das sowohl bei Projektbeginn als auch am Ende des Projekts mittels standardisierter Kennzahlen in den unterschiedlichen Handlungsfeldern der Assetbewirtschaf-tung wirksam wird (siehe Abb. 1).

Kriterien für die Bildung von Anlagengruppen und Assets

Grundlage der Betrachtung unter Asset-Aspekten ist, wie be-reits erwähnt, das gesamte Spektrum des Anlagenvermögens in der Anlagenbuchhaltung. Um alle betroffenen Assets mit vergleichbaren Ansätzen zu bewerten und zu klassifizieren, ist als erster Schritt die Bildung von Kriterien für die unterschied-lichen Anlagengruppen und Assets notwendig.

Bei den StEB Köln konnte mit der technischen Platzstruktur im SAP-PM Modul bereits weitestgehend eine einheitliche Da-tengrundlage über alle Anlagen geschaffen werden. So werden die technischen Anlagen heute schon in einer ausreichenden Bearbeitungstiefe erfasst. Für eine Zusammenfassung zu soge-nannten Schlüsselassets sind somit nur geringe Anpassungen erforderlich.

Die Kriterien und die Realisierung der Assetbildung werden derzeit mit anderen Betreibern der Abwasserbranche abgegli-

chen, auch um eine spätere Vergleichbarkeit zu ermöglichen. Die zu einer Anlagengruppe zugehörigen Assets sollten bei ih-rer Bildung zum einen eine praktikable Größe aufweisen, zum anderen aber auch eine Vergleichbarkeit ermöglichen. So ist bei den Pumpwerken beispielsweise jedes Pumpwerk als einzel-nes Asset definiert. In den Stammdaten dieser Assets werden dann zusätzlich auswertbare Kriterien wie Kritizität und Rele-vanz geführt.

Diese begrenzte Anzahl von Assets ermöglicht in der ver-dichteten Gesamtbetrachtung eine übersichtliche Bewertung. Grundlage für die Assetbildung bei den StEB Köln ist dabei das geführte Anlagevermögen in SAP. Die Assetstruktur entspricht der Aggregation vorhandener Strukturen mit den darunterlie-genden Equipments. Damit der Prozess praktikabel bleibt, wird nur eine begrenzte Zahl von Assets ausgewählt. Diese werden hinsichtlich ihrer Betriebs- und Prozessrelevanz sowie unter As-pekten der Risikoeinschätzung beurteilt (siehe Abb. 2).

Die Standardisierungder Handlungsfelder für eine Assetbewirtschaftung

Ist eine Gruppenbildung beziehungsweise Zuordnung erfolgt, muss für die spätere Ermittlung des Handlungsbedarfs eine Bewertung des Anlagenzustandes vorgenommen werden. Ab-geleitet aus den strategischen Zielen der StEB Köln sind in Ab-bildung 3 die für eine Assetbewirtschaftung definierten Hand-lungsfelder und die zugehörigen Kennzahlen abgeleitet. Dabei sollten folgende Kriterien zum Tragen kommen: Anzustreben sind ein einfaches System, eine einheiltiche Generierung glei-cher Kennzahlen über alle Assets sowie eine hierarchische Struktur. Aktuelle Branchenstandards sollten zugrunde gelegt werden (siehe Abb. 3).

In den Fällen, in denen bislang keine automatisierten Daten aus der risikobasierten Instandhaltung für die Zustandsbewer-tung der Anlagen vorliegen, erfolgt die Bewertung mittels ei-ner visuellen Betrachtung durch den Betrieb. Insbesondere zur

Abb. 1: Ableitung der Handlungsfelder aus Identität und strategischen Zielen

Abb. 2: Assetbildung am Beispiel des GKW Stammheim(technische Darstellung in SAP-PM)

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Zustandserfassung werden künftig mobile Endgeräte genutzt, um Wartungen und Inspektionen checklistengesteuert zu er-fassen und in die EDV-Systeme (insbesondere in SAP) zurückzu-spielen. Dies erfordert ein einheitliches Bewertungsschema. Be-absichtigt ist, die Kennzahlenkürzel aus der Bewertungsmatrix des Kanalnetzes auch für alle anderen Assets zu übernehmen. Das Spektrum reicht von »0« für sofortigen Handlungsbedarf bis zu »5«, wenn kein Handlungsbedarf erforderlich ist. Bei den automatisch zu generierenden Kennzahlen ist die automatisier-te Berechnung einer Bedarfszahl angedacht, um Handlungs-notwendigkeiten entsprechend priorisieren zu können.

Auch weitere Handlungsfelder wie »Umweltschutz«, »Kun-de« und »Mitarbeiter« (siehe Abb. 3) sind relevant. Sie werden neben den automatisch generierten Kennzahlen durch den Betriebsverantwortlichen oder aus der Ableitung der strategi-schen Unternehmensziele manuell ergänzt. Insgesamt geben die ermittelten Kennzahlen die IST-Situation des jeweiligen As-sets wieder. Sie werden allen Beteiligten automatisch in einem Assetbericht digital zur Verfügung gestellt.

Voraussetzung hierzu ist, dass die vorhandenen kaufmän-nischen Daten mit den technisch und betrieblich verfügbaren Informationen zusammengeführt werden. Nur so kann eine Gesamtbeurteilung des Assets vorgenommen werden. Zusätz-lich werden im Assetbericht auch die aus dem Handlungsbe-darf bereits abgeleiteten und die laufenden Investitions- und Instandhaltungsmaßnahmen geführt.

Die Steuerung der Assets

Eine wesentliche Grundlage für ein funktionierendes Asset Management ist die Anordnung des Instrumentariums in der Aufbauorganisation des Unternehmens. Bei den StEB Köln ist das Asset Management im Geschäftsbereich »Betrieb« veror-tet, da es auf dem betrieblichen und technischen Wissen über die Anlagen und deren Dokumentation mittels standardisier-ter Kennzahlen basiert. Aus diesem Grund orientieren sich die StEB Köln in der Umsetzung an den in der Praxis erfolgreich gelebten Strukturen. Die Prozesse im Geschäftsbereich »Pla-nung und Bau« bleiben hiervon unberührt.

So werden über Lenkungskreise die Anlagenbewertung und die Projektbedarfsplanung sowie deren Priorisierung gesteu-ert. In den Lenkungskreisen sind neben der Geschäftsleitung »Betrieb« auch die für Betrieb, Planung und Bau verantwortli-chen Abteilungen vertreten. Das Zusammenspiel der kaufmän-nischen und betrieblichen Interessen wird durch die zentralen Stabstellen zur Steuerung der Prozesse gewährleistet.

In den Lenkungskreisen werden sowohl Handlungsalterna-tiven erörtert als auch Entscheidungen zur Umsetzung neuer Maßnahmen getroffen. Die dabei beschlossenen Maßnahmen werden durch den Assetmanager konkreten Investitions- oder Instandhaltungsmaßnahmen im Strategiekonzept zugeord-net. Ergebnis ist ein aktualisierter Investitions- und Instand-haltungsplan, aus dem auch die mittelfristige Budgetplanung

Abb. 3: Handlungsfelder einer Assetbewirtschaftung

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resultiert. So werden die Vorgaben aus dem Strategiekonzept mittels eines aktualisierten Investitions- und Instandhaltungs-plans konkretisiert.

Durch diese Art des standardisierten Vorgehens entsteht für alle Bedarfe eine vergleichbare Datenbasis. Sie werden zudem nach der gleichen Methode bestimmt.

Für das Assetmanagement ist es von entscheidender Bedeu-tung, einerseits die strategischen Ziele der StEB Köln im Blick zu haben, anderseits aber auch sicherzustellen, dass sich die Handlungsfelder und deren Kennzahlen an den Werten der Unternehmensidentität ausrichten. Im Ergebnis bedeutet dies auch, dass kein Maßnahmenprogramm existiert, das für alle Anlagen gleichermaßen gilt, alle Maßnahmen jedoch nach gleichen Werten und Handlungsfeldern bewertet werden.

Diese Blickrichtung einer ganzheitlichen Perspektive ermög-licht es, rechtzeitig und vorausschauend zu überprüfen, ob ein Asset dazu beiträgt, die Unternehmensziele der StEB Köln zu erreichen und welcher weitere Handlungsbedarf notwendig ist. Durch die so vorgenommene Lebenszyklusbetrachtung der Anlagen können bei laufendem Tagesgeschäft langfristige Auswirkungen rechtzeitig bewertet werden.

Die damit verbundene pragmatische Herangehensweise identifiziert einerseits durch Definition einer begrenzten An-zahl von Schlüssel-Assets erste Handlungsbedarfe und nutzt anderseits organisatorisch bereits bestehende Strukturen. Das Assetmanagement bei den StEB Köln wird in Zukunft sowohl

die Anlagenebene als auch die Prozesse zur strategisch sinn-vollen Anlagenbewirtschaftung sinnvoll kombinieren und im Sinne der strategischen Gesamtausrichtung koordinieren.

Abb. 4: Organisationsaufbau Assetsteuerung — Beispiel Klärwerke

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Aktuelle Meldungen

Gemeinsam gegen den StarkregenExperten diskutierten beim Regionalforum Abwasser zu Re-genwasserbewirtschaftung und Starkregenvorsorge

(Text: Jutta Lenz)Über mangelnde Aufmerksamkeit konnten sich die 17 im Regi-onalforum Abwasser Rhein-Erft-Sieg zusammengeschlossenen Kommunen nicht beklagen — die Starkregenereignisse der Frühlings- und Sommermonate gaben dem dritten Kooperati-onstag, der im Juni 2018 im Rheinforum Wesseling stattfand, aktuelle Relevanz. Unter dem Titel »Nach uns die Sintflut? — Regenwasserbewirtschaftung und Starkregenvorsorge der Zukunft« diskutierten über 70 Teilnehmerinnen und Teilneh-mer aus den Bereichen Daseinsvorsorge, kommunale Stadt-planung, Rettungsdienste und Forschung ihre Erfahrungen im Umgang mit Überflutungen sowie Perspektiven zur Vorsorge bei Starkregenereignissen.

Für die Experten der kommunalen Daseinsvorsorge im Be-reich der Wasserwirtschaft war der Beitrag von Arnold Schmidt aus dem nordrhein-westfälischen Umweltministerium von besonderer Relevanz. Der Referent zeigte auf, dass NRW im Vergleich zur restlichen Republik eine doppelt so hohe Einwoh-nerdichte habe — entsprechend höher sei auch der Anteil von versiegelten Flächen im Bundesvergleich. Das bringe Folgen für die Infrastruktur und das Thema Regenwasserbewirtschaf-tung mit sich. Schmidt betonte, dass die Landesregierung die

Kommunen bei der Klimafolgenanpassung weiter unterstüt-zen werde, zugleich erarbeite sie aktuell eine Arbeitshilfe für das kommunale Starkregenmanagement.

Insgesamt verdeutlichte die Diskussion des Regionalfo-rums, dass die Klimafolgenanpassung ein dynamischer Prozess ist und bleibt: Dabei seien beispielsweise Landwirtschaftskam-mern ebenso in der Pflicht zur Weiterentwicklung guter Praxis wie Bürgerinnen und Bürger in der Mitverantwortung zur Vor-sorge. Starkregenvorsorge könne nur als Gemeinschaftaufgabe verstanden und erfolgreich betrieben werden. Zudem gehe es angesichts des Klimawandels um neue Formen der Kommu-nikation mit den Bürgerinnen und Bürgern. Insbesondere der kommunalen Stadtentwässerung komme als Kompetenzträger bei der Erkennung von Risiken und der Lenkung des Wasser-abflusses eine bedeutende Rolle zu. So werde es immer wich-tiger, für die Gefahren des Starkregens zu sensibilisieren und beratend in Sachen Objektschutz zu agieren. Die StEB Köln behandeln das Thema strategisch ganzheitlich und systema-tisch umfassend. Dies basiert auf den Erfahrungen aus dem Management des Rheinhochwassers und zielt darauf ab, un-terschiedliche Zielgruppen über die jeweils passenden Kommu-nikationskanäle anzusprechen und zu sensibilisieren.

Mehr Informationen dazu finden Sie unter https://www.steb-koeln.de/starkregen/

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StEB Köln punkten bei Nachhaltigkeitim UnternehmensvergleichGuter Platz beim Wettbewerb»Deutschlands wertvollste Unternehmen«

Waren in der Vergangenheit Umsatz und Gewinn ausschlag-gebend für die Bewertung von Unternehmen, wird nunmehr zunehmend nach dem gesellschaftlichem Mehrwert gefragt. Gemeint sind damit die Auswirkungen eines Unternehmens auf Gesellschaft, Umwelt und Wirtschaft, auch bekannt als die drei Säulen der Nachhaltigkeit.

Die Untersuchung »Deutschlands wertvollste Unterneh-men« hat diesen Wertewandel aufgegriffen und eine Rangliste veröffentlicht. Um den gesellschaftlichem Mehrwert zu ermit-teln, wurde zunächst eine Stichprobe aus den börsennotierten deutschen Unternehmen, den 5000 nach Zahl der Beschäftig-ten größten Unternehmen mit Sitz in Deutschland sowie der Anwender-Datenbank des DNK (Deutscher Nachhaltigkeitsko-dex) gebildet. Insgesamt wurden 652 Unternehmen benannt.

Anschließend ging es ins Detail, wobei die Berichterstat-tungen zu ökologischer, ökonomischer und sozialer Verantwor-tung gesichtet, verglichen und mit Punkten bewertet wurden. Erreicht werden konnten maximal 100 Punkte. 334 Unterneh-men mit weniger als 60 Punkten fielen aus der Wertung. Die StEB Köln erreichten mit 86,7 Punkten Platz 58 von 318 Un-ternehmen. Dieses sehr gute Ergebnis bestätigt qualifiziert die Nachhaltigkeit in der Unternehmensstrategie der StEB Köln.

Die Untersuchung »Deutschlands wertvollste Unterneh-men« wurde im Auftrag von Focus Money und Deutschland Test durch das Institut für Management- und Wirtschaftsfor-schung mit wissenschaftlicher Begleitung des Hamburgischen Weltwirtschaftsinstituts realisiert. Der Focus berichtete in sei-ner Ausgabe vom 25. August 2018 über Studie und Ergebnis-se.

»Grün« im FokusEin Leitfaden gegen die Auswirkungen des Klimawandels

Gerade 2018 waren die Auswirkungen des Klimawandels, bei-spielsweise in Form von Starkregen und langen Hitzeperioden, deutlich spürbar. Prognosen zeigen, dass Belastungen wie Hitzestress und Überflutungsrisiken künftig weiter zunehmen werden. Das bedingt Maßnahmen, um auf die Auswirkungen des Klimawandels zu reagieren. Eine begrünte Stadt und der richtige Umgang mit Regenwasser können hierzu beitragen.

Vor diesem Hintergrund stellen die StEB Köln und die Stadt Köln das Thema »Grün“« besonders in den Fokus. Unter der Überschrift »GRÜN hoch 3|DÄCHER|FASSADEN|HÖFE« hat das Umwelt- und Verbraucherschutzamt der Stadt Köln ein Förderkonzept entwickelt, das Bürgerinnen und Bürger sowie Vereine und Initiativen unterstützt und anregt, private Haus- und Hofflächen zu begrünen.

Am 4. Oktober 2018 stellten Stadt Köln und StEB Köln zu-dem den gemeinsam entwickelten Leitfaden »Mehr Grün für ein besseres Kima in Köln — Leitfaden zur Entsiegelung und Begrü-nung privater Flächen« im Rahmen eines Pressetermins vor. Der Leitfaden enthält anschaulich aufbereitete Hinweise, wie jeder Einzelne durch die Grüngestaltung von Dächern und Fassaden und durch einen nachhaltigen Umgang mit Regenwasser aktiv zur Anpassung der Stadt an den Klimawandel beitragen kann.

Die digitale Version des Leitfadens sowie weitere Informa-tionen zum Thema Regenwasserversickerung finden Sie unter www.steb-koeln.de.

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Automation through Experience —Possibilities and Limita-tions for Innovation in Analysis Methods in the Waste Wa-ter SectorGuido Eßer, Dr. rer. nat, Dipl.-Chem., Waste Water Institute, Analytics, StEB Cologne, Public Agency

The introduction of innovative analysis systems is a neces-sity for a laboratory as a service provider, not least because of external influences. It is shown which constraints are parti-cularly important to consider for waste water analysis. Practi-cal options for the large-scale automation of certain analysis processes are presented using two examples that have been introduced at the StEB Cologne. Finally, foreseeable future de-velopments are highlighted.

Under Pressure —In-Line Inspection Cuts Costs and Speeds Up Sewer Rehabilitation ProcessesAlexander Zinck, Head of Administration Waste Water Institu-te, StEB Cologne, Public Agency

For some time now, StEB Cologne has been using ‘sliplining’ to rehabilitate Cologne's sewers. The work is carried out by service providers that we commission and is subject to strict quality standards, for example the standards for physical para-meters prescribed by the German Institute for Structural Engi-neering [Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt)]. In addition to the quality controls performed by the contractor, the StEB Cologne regularly commission accredited testing laboratories to test samples from the sliplines that have been installed. The result is that expertise in material testing of slipline samples and in the implementation of appropriate measures is now enshrined and established at the StEB Cologne Waste Water Institute.

Joint Action against Flood Risk—Sewer-Side Flood Protec-tion in CologneFrank Rüsing, Dipl.-Ing., General Drainage Planning and Water Body Hydraulics, StEB Cologne, Public Agency; Ingo Schwer-dorf, Dipl.-Ing., Water Management Planning, StEB Cologne, Public Agency

Flood protection is often only taken to mean visible measu-res such as walls, dykes or mobile protection elements. Flood protection in Cologne would, however, not work without the large number of underground measures in the sewer network. These can be considered as sewer-side flood protection. Since the underground equipment can neither be modified across a large area, nor relocated, the above-ground protection ele-

ments follow the wastewater disposal sections of the ope-ration. The measures in the sewer networks are designed to divert waste water and rainwater, thereby ensuring that Co-logne remains habitable even during a flood and preventing the flooding of low-lying areas further away from the river via the sewer network. Only the interlinking of above-ground and underground protection measures ensures a defensive line for effective flood protection.

Sustainability and Mobility—Operational Mobility Manage-ment at StEB CologneSimone Kraus, Strategic Energy Management, StEB Cologne, Public Agency

StEB Cologne are pursuing the goal of minimising the harmful impact of their corporate activities; environmentally harmful mobility is to be reduced, and environmentally friend-ly mobility is to be used (StEB Cologne 2018: Our Obligation to Sustainability [Unsere Verpflichtung zur Nachhaltigkeit]). Responsibility for the mobility aspects of sustainability lies with the Department of Operations (TB, company mobility ma-nagement covers a wide range of issues such as vehicle fleets (large vehicles and passenger cars), business trips and emplo-yees’ work related travel. This article provides an overview of the aspects that have been examined in a first CO2 balance.

Research for the Future —Experience with the Conversion of a Fourth Treatment Stage at Sewage Treatment PlantsMaunel Hartenberger, Dipl.-Ing., Central Functions, Sewage Plants and Disposal, StEB Cologne, Public Agency

With their research project »AdOx Köln«, StEB Cologne are contributing to the gathering of knowledge regarding the op-timal implementation of a 4th cleaning stage to remove trace substances. It has been shown that setting up and operating cleaning stages for trace substance elimination still entails considerable risks and unresolved issues in practice and that further research is still necessary, in the context of usability in practice, if new cleaning methods are to be implemented in waste water technology. StEB Cologne consider pursuing a combination of the methods of ozonation and downstream ac-tivated carbon filtration both promising and future-orientated.

Summaries

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Partner Models for the Future—StEB Cologne are Jointly Funding a Sewage Sludge Cooperation in the Rhineland with Other Sewage Plant OperatorsJörn Kleimann, Dipl.-Ing., Sewage Plant and Networks Opera-tions, StEB Cologne, Public Agency; Ergün Yücesoy, Dr.-Ing., Staff Office Special Operations, StEB Cologne, Public Agency

The most recent revision of the Sewage Sludge Ordinance provides StEB Cologne with the legal basis phosphorus recyc-ling. From 2029, as an operator of larger sewage plants, it will be required to recover phosphorus from its sewage sludge. This is to be recovered from incineration ash. In this context, StEB Cologne, together with partners in the Rhineland, intends build and operate a purpose-built sewage sludge incineration plant. The article describes what factors must be considered and which locations are currently under consideration.

Technically and Economically Practical—The Realisation of Screenings-Crushing and Initial Operational ExperienceGerhard Marx, Dipl.-Ing, Structural Engineering, StEB Cologne, Public Agency; Alexander Sawatzki, Dipl.-Ing, Structural Engi-neering, StEB Cologne, Public Agency

At the StEB Cologne large-scale sewage plant in Cologne-Stammheim, around 3.500 tonnes of screenings were accumu-lated annually from 2008 to 2010, which had to be removed at great expense. Due to a steep increase in disposal costs and increasing operational problems in the disposal of screenings, alternative methods for dealing with screenings were sought. The idea was to crush the screenings and treat them anaerobi-cally together with the excess sludge so that they could then be utilised thermally as sewage sludge —a technically and eco-nomically sound approach. As a first step, a three-stage crus-hing of the screenings was tested, the screenings were then co-fermented in the digester. A large-scale pilot plant was pl-anned and implemented on this basis.

From Asset to Strategy —Asset Management for StEB Cologne’s Operational DivisionsHeinz Brandenburg, Dipl.-Ing., Head of Department Opera-tions, StEB Cologne, Public Agency; Robert Luciani, Head of Technical Controlling, Operations, StEB Cologne, Public Agen-cy; Christoph Weith, Dipl.-Ing., Special Tasks Operations, StEB Cologne, Public Agency

The asset management system currently being established at StEB Cologne is described. For this purpose, all plant ty-pes were merged as assets and subjected to a standardised evaluation. A manageable number of key assets enables the early identification of a need for action. Key commercial and technical figures are recorded systematically and largely stan-dardised in an asset report, to identify needs for action in line with strategic objectives and medium-term budget planning. Thanks to this procedure, all needs have a comparable data

basis and are identified according to the same method. The decision to initiate a measure is taken in a steering group. Asset management is then controlled via standardised and in-teractive asset reports.

Ausführende Unternehmen