Beton statt Kunststoff

Abscheider im Überblick

Eine Abscheideranlage besteht in Fließrichtung betrachtet aus den drei Funktionsbereichen Schlammfang, der eigentlichen und je nach Leistungsklasse unterschiedlich konfigurierten LF-Abscheidung sowie einer Probenahmeeinrichtung. Da die Grundbehälter seitens der Hersteller modular gestaltbar sind, können Abscheider in den handelsüblichen Nenngrößenbereichen meist als Einbehälteranlagen gebaut werden.

Schlammfang und Abscheideprozess finden dann in einem Behälterbauwerk Platz; lediglich die Probenahmevorrichtung ist aus praktischen Gründen – um frei zugänglich und belüftbar zu sein – ein gesondertes Bauteil.Bei der Wahl der Behältergrößen ist für die Hersteller hauptsächlich die Größe des Schlammspeichervolumens der begrenzende Faktor. Zwar lassen sich große Volumenströme durch ausgeklügelte Verfahrenstechnik auch in verhältnismäßig kleinen Behältern gut beherrschen. Deshalb können prinzipiell selbst große Flächen an Einbehälteranlagen angeschlossen werden. Aber mit der Größe der entwässerten Fläche steigt auch das erforderliche Schlammspeichervolumen, was baulich schwierig umzusetzen ist.Bei den Herstellern ist es heute Standard, dass sie die Behälter werkseitig weitgehend mit den strömungstechnischen Einrichtungen vorausrüsten und den Abscheider so zur Baustelle liefern.

Der Einbau erfolgt unterirdisch, vielfach unter Verkehrsflächen, weshalb das Bauwerk in aller Regel auf Lkw-Befahrbarkeit (Lastklasse SLW 60) ausgelegt sein muss. Mit Blick auf die Einbau- und Betriebsbedingungen sind robuste Konstruktion und lange Haltbarkeit zentrale Qualitätskriterien. Abscheider müssen Transport und Baustellenhandling schadfrei überstehen, dauerhaft dicht sein und auch im Brandfall gewährleisten, dass keine Leichtflüssigkeiten ins Erdreich gelangen.Am Markt stehen Anlagen mit Beton- und solche mit Kunststoffbehältern zur Verfügung. Beide haben Vor- und Nachteile, die vielfach erst bei einer sachlich differenzierenden Betrachtung zu Tage treten. Häufig fehlt dieser nüchterne Blick ins Detail, so dass insbesondere bei Planung und Gestaltung von Ausschreibungstexten oft unsachliche Argumentationen und subjektive Ansichten in die Entscheidungsfindung eingehen.

Vorteil für Kunststoff?
Mit dem geringeren spezifischen Gewicht des Werkstoffs und einer Wandstärke von 10 bis 12 mm bringen PE-Behälter weit weniger Gewicht auf die Waage, als ihre Gegenstücke aus 120 bis 150 mm starken Betonwandungen. So wiegt beispielsweise eine 2,3 m3-Anlage aus Beton rund 5.000 kg, ein etwa gleich großes Kunststoffprodukt mit 2,6 m3 Rauminhalt dagegen nur 440 kg. Folglich haben PE-Behälter als klare Vorteile geringere Transportkosten auf ihrer Seite sowie ein einfacheres Baustellenhandling, da zum Versetzen kein schweres Hebegerät erforderlich ist.Der Werkstoff PE besticht außerdem in punkto Chemikalienresistenz. Abwässer, mit denen ein Abscheider in Berührung kommt, können auch aggressive Inhaltsstoffe mit sich führen, und den Medienlisten der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM, Berlin) zufolge sind Kunststoffe vor allem gegen organische und anorganische Säuren resistent. Insofern und zusammen mit seiner glatten Oberflächenstruktur erweist sich PE als in hohem Maß beständiges und gegen Leckagerisiken sicheres Material.Bedingt durch einen automatisierten Herstellungsprozess und vergleichsweise geringen Materialbedarf kosten PE-Abscheider einschließlich Schachtaufbau und Dichtungen zudem rund acht Prozent weniger als entsprechende Produkte aus Beton. Es scheint, sie wären preiswerter – auf den ersten Blick. Jedoch: Der Vergleich im so weit skizzierten Betrachtungsrahmen täuscht, denn maßgebliche Kriterien bleiben außer Acht. Erst der Blick aufs Ganze entlarvt die Entscheidung für ein Kunststoffsystem als unsachgemäß und voreilig. Es lohnt sich also, genauer hinzuschauen.
Ökologie
Beton ist ein naturnaher Baustoff aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen wie Sand, Kies oder Splitt. Die Ausgangsstoffe sind regional über kurze Transportwege und in praktisch unbegrenzter Menge verfügbar. Und am Ende ihres Lebenszyklus lassen sich Betonprodukte über etablierte Entsorgungswege problemlos rezyklieren. Sie werden zu Granulat zerkleinert, für das es eine Vielzahl einfacher und wirtschaftlicher Verwertungsmöglichkeiten gibt.Beim Werkstoff PE ergibt sich ein ganz anderes Bild. Kunststoffe sind organische Materialien aus langkettigen Polymeren. Polymere werden aus einfachen Kohlenstoffverbindungen synthetisiert, die wiederum durch chemischen Aufschluss fossiler Rohstoffe – weit überwiegend Erdöl – gewonnen werden. Die Materialausbeute ist in Relation zum eingesetzten Rohstoff gering, und die Kunststoffproduktion verbraucht eine mittlerweile sehr verknappte Ressource, deren Preis und Verfügbarkeit zudem in hohem Maß globalen Marktmechanismen unterliegt. Im Recycling widersetzt sich Kunststoff nach wie vor einem wirklichen Kreislaufkonzept. Rezyklate eignen sich meist nicht für erneute Anwendungen auf gleicher Qualitätsstufe, so dass unter dem Recycling-Deckmantel eigentlich ein Downcycling stattfindet.
Materialeigenschaften
Wesentliche Nachteile des Werkstoffs PE ergeben sich aus einer genaueren Betrachtung seiner Materialeigenschaften. Wegen ihres höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten sind Kunststoffe generell stärker temperaturabhängig als Beton und Stehlbeton. Daraus resultieren unkontrollierbare jahreszeitliche Verformungen der dichtenden Konstruktionen. Weiterhin verlieren thermoplastische Kunststoffe wie PE unter höheren Temperaturen an Festigkeit; bei tiefen Frosttemperaturen können sie verspröden und dann in Folge dynamischer Lasteinwirkung Risse bilden. Zusätzliche Versprödung kann außerdem auftreten, weil sich in der Materialstruktur von Kunststoffen aufgrund diffusiver Prozesse Anteile verflüchtigen.Dem gegenüber haben Beton und der zur Erhöhung seiner Festigkeit eingesetzte Bewehrungsstahl gleiche und vergleichsweise niedrige Temperaturausdehnungen. Zusammen bilden sie für die Beanspruchungen im Tiefbau einen optimalen Verbundbaustoff, über dessen lange Haltbarkeit Generationen übergreifende Erfahrungswerte vorliegen. Qualitätsgarant ist insofern auch die in langen Erfahrungszeiträumen gewachsene Kernkompetenz der Betonhersteller, durch maschinelle Verarbeitung des Betons hoch präzise Fertigbauteile mit normativ festgelegten Toleranzen zu erstellen und diese Bauteile auf ebenfalls standardisierte Dichtelemente abzustimmen.Wie viele Jahrzehnte Kunststofftanks in der Erde schadlos überdauern, ist bislang nicht bekannt. Zu bedenken ist, dass die Flüssigkeitsdichtheit des Materials in Folge des Erddrucks nachlassen kann, da ungleiche Spannungsverteilungen möglicherweise zu unterschiedlichen chemischen Beständigkeiten des Behälterwerkstoffs führen. Übliche statische Betrachtungen, die Aussagen über Verformbarkeit machen, lassen sich auf PE-Behälter nur sehr eingeschränkt anwenden. Die Typenstatik für Abscheider aus Beton dokumentiert dagegen klar den für die Dichtheit maßgeblichen Rissbreitenbewehrungsgrad, der sich aus der gewählten Armierung ergibt. Außerdem sind Betonbehälter wegen ihrer guten Statik zuverlässig und dauerhaft stabil gegen Erddruck von der Seite sowie von oben.
Hindernislauf beim PE-Einbau
Kunststoffbehälter erhalten das für nötig befundene Maß an Stabilität durch eine spezielle Formgebung und Profilierung. Das Profil erfordert beim Erdeinbau höchste Sorgfalt, da die Gefahr besteht, dass sich unter dem Behälter Hohlräume bilden. Um dies zu vermeiden, darf beim Verfüllen der Baugrube nur feiner Rollkies oder Sand verwendet werden, und der Sand muss behutsam mit viel Wasser eingeschwemmt werden, damit er die Profilräume unter dem Behälterboden vollständig ausfüllt. Gleichzeitig ist der Abscheider mit Wasser zu füllen, das einen Gegendruck für die empfindliche Behälterwand herstellt.So werden Zug um Zug außen Sand und innen Wasser auf jeweils gleicher Höhe eingefüllt, und der Einbaufortschritt ist davon abhängig, wie schnell das außen zugegebene Wasser versickert. Dass dafür Arbeitskraft und -zeit in beträchtlichem Umfang veranschlagt werden müssen, ist offensichtlich, zumal auch der eingebaute Sand oder Feinkies keinesfalls maschinell verdichtet werden darf. Für den Erdaushub der Baugrube besteht keine Verwendung; er muss abgefahren und entsorgt werden.Damit aber nicht genug der Erschwernisse und Restriktionen. In bindigen und damit schlecht wasserdurchlässigen Böden ist der Einbau eines Kunststoffabscheiders nur möglich, wenn unterhalb des Behälters eine ausreichende Drainage mit Ableitung gelegt wird. Auch muss der maximale Grundwasserspiegel grundsätzlich unterhalb des Abscheiders liegen, und oft muss eine bauseitige Auftriebsicherung hergestellt werden.Je nach örtlichen Gegebenheiten kann es sich weiterhin nachteilig auswirken, dass bei der Installation wenig Gestaltungsspielraum zur Verfügung steht, denn die Erdüberdeckung einer PE-Anlage muss mehr als 0,7 m betragen, während gleichzeitig die maximale Zulauftiefe auf 1,33 m begrenzt ist. Soll der Abscheider am Ende befahrbar sein, braucht er zwecks Lastabtragung die zusätzliche Überdeckung durch eine Stahlbetonplatte. Außerdem müssen die Einbauarbeiter streng darauf achten, dass kein Verdichter den Schachtaufbau eindrückt und auf diese Weise beschädigt. Und schließlich, als letzte Hürde vor der Inbetriebnahme, muss ein unabhängiger Prüfer den ordnungsgemäßen Einbau attestieren Das alles verursacht Zeit- und Kostenaufwand in Größenordnungen, die bei der Entscheidung für einen PE-Abscheider oft nicht transparent sind.In diesem Zusammenhang ist auch eine Studie des IKT (Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen) aufschlussreich. Sie belegt, dass fehlerhafte Abscheideranlagen nur in 3% der Fälle vom Hersteller zu verschulden sind, wohingegen 97% der Schäden auf nicht ordnungsgemäßen Einbau zurückgehen. Um dieser schlechten Quote zu begegnen werden derzeit mehr und mehr Qualifizierungsnachweise von den Einbaufirmen gefordert. Gleichzeitig sind die Hersteller gehalten, für eine äußerst einfacher Gestaltung des Erdeinbaus Sorge zu tragen. Der Einbau eines Kunststoffbehälters widerspricht dieser folgerichtigen Anforderung diametral.
Gestaltungsfreiheit mit Beton
Mit Betonabscheidern lässt sich leichter kalkulieren. Ihr Einbau ist frei von Beschränkungen, Umständlichkeiten und versteckten Zusatzkosten. Aufgrund ihrer massiven Bauweise aus bewehrtem, wasserundurchlässigem C 35/45 Beton gemäß DIN 4281 sind sie äußerst robust und damit gegen Beschädigungen bei Transport und Einbau geschützt. Die Aufsatzteile werden mittels genormter Bauteilverbindungen auf den monolithischen Grundbehälter montiert, wodurch sich ein statisches Gefüge ergibt, das allen Lastfällen gewachsen, leicht zu installieren und beständig ist gegen eine Vielzahl verunreinigter Niederschlagsabwässer.Im Standardbereich werden Abscheider aus Beton mit einer Kunstharzbeschichtung ausgekleidet. Dabei geht es nicht darum, die Wasserdichtheit des Behälters zu erhöhen, sondern elektrische Aufladungen abzuleiten und eine Rissüberdeckung zu gewährleisten. Der Nachweis der Dichtheit des Behälters erfolgt über die Ermittlung der Eindringtiefe verschiedener viskoser Stoffen und anhand statischer Querschnittsbetrachtungen. Daraus ergeben sich bestimmte Rissbreiten und Risstiefen, deren Nichtüberschreiten gewährleistet, dass keine Flüssigkeit austritt und somit die Dichtheit des Behälters belegt ist.So weit spezifische Einsatzbedingungen erweiterte Chemikalienresistenz – beispielsweise gegen organische Säuren – erfordern, kann der Hersteller das Behälterinnere mit einem dünnen, formschlüssig verarbeiteten Kunststoff-Inliner auskleiden, der eine zusätzliche Rissüberdeckung bewirkt. Allein bei solchen Ausnahmefällen ergibt sich in der Kombination beider Werkstoffe ein sachlich gerechtfertigter Einsatz von Kunststoff, da sich hier die Vorteile beider Materialien ergänzen.Betonabscheider sind bei allen Grundwasserständen und auch an hochwassergefährdeten Einbauorten genehmigungsfähig. Bezüglich der Bodenbeschaffenheit gibt es keine Ausschlusskriterien. Eine Drainage ist nicht erforderlich. Die Anlage wird vom Hersteller per Lkw bis zur Baustelle transportiert und dort mit dem Ladekran des Lieferfahrzeugs direkt in die Baugrube gehoben. Bei tragfähigem Boden genügt hier ein zehn Zentimeter starkes Sandbett als Untergrund. Die Montagearbeiten vor Ort einschließlich der Anbindung an die Zu- und Ablaufleitung beanspruchen dank werkseitiger Vorausrüstung nur wenige Stunden und im Anschluss kann die Baugrube mit dem Aushubmaterial zügig, unter Einsatz maschineller Verdichter, verfüllt werden.Die Erdüberdeckung kann zwischen wenigen Zentimetern und bis zu drei Metern bei einem Standardabscheider variieren und in einem noch größeren Bereich bei vorliegender Typenstatik. Da auch die Maximaltiefen der Zuläufe sich in mehreren Metern bemessen, decken Betonanlagen einen weiten Bereich möglicher Einbauerfordernisse ab. Weiterhin sind Betonbehälter einschließlich ihrer Schachtaufbauten und -abdeckungen ohne jede weitere Maßnahme bis zur Lastklasse SLW 60 schwerlastgeeignet. Ein Einzelnachweis über den ordnungsgemäßen Einbau entfällt bei Anlagen mit geprüfter Typenstatik.
Irrwege im Regelwerk
Normative Grundlage für Herstellung, Einbau und Betrieb von LF-Abscheidern sind die EN 858 zusammen mit den deutschen Restnormen DIN 1999-100 und DIN 1999-101. Da die europäische Norm maßgebliche Produkteigenschaften und Anwendungsbestimmungen unberücksichtigt lässt, hat ihr der deutsche Normengeber ergänzend die beiden DINs zur Seite gestellt. Eine in Deutschland betriebene Anlage muss somit die Anforderungen des gesamten Regelsets erfüllen. Als Nachweise dokumentieren das CE-Zeichen die EN-Konformität und die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung durch das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt, Berlin) die Verwendbarkeit des Bauprodukts nach der Bauregelliste.In der praktischen Umsetzung dieser zweistufigen Normenvorgabe ergeben sich immer wieder Verständnisschwierigkeiten. Am Beispiel der Brandschutzanforderungen wird das exemplarisch deutlich. Nach DIN 1999-100 muss ein Abscheider so beschaffen sein, dass sich ein Brand in der Anlage weder in die Zu- und Ablaufleitung ausbreiten kann, noch dass Inhalte der Anlage im Brandfall austreten können. In der Zulassungspraxis wird zwar mit der Forderung nach siphonierter Zu- und Ablaufgestaltung die Verhinderung der Brandausbreitung ins Leitungssystem berücksichtigt, nicht jedoch die Brandsicherheit der Anlage selbst. So entsteht die Situation, dass PE-Abscheider mit anforderungsgerechtem Zu- und Ablauf eine Zulassung erhalten, obwohl das Behältermaterial selbst abbrennen und Leichtflüssigkeit ins Erdreich gelangen kann. Beton brennt bekanntlich nicht und behauptet damit seine Vorteilsposition auch in diesem Zusammenhang.
Umsichtig einkaufen
Eine Abscheideranlage ist kein Wegwerfprodukt – ganz im Gegenteil. Über Jahrzehnte hinaus soll sie betriebssicher und im Sinn der Normvorgaben ihren Dienst tun. Deshalb sind höchste Anforderungen an Werkstoff, Verarbeitungsqualität und Funktionalität unverzichtbare Kriterien bei der Kaufentscheidung. Nicht minder maßgeblich ist die vollständige Betrachtung der Anschaffungs- und Einbaukosten mit dem Ziel, Sekundäraufwendungen von vorne herein ins Kalkül ziehen zu können. Wie die detailgerechte Analyse zeigt, liegt beim Abscheiderbau der Werkstoff Beton mit klarem Punktevorteil vor Kunststoff.