Regenwasserbehandlung im Hamburger Hafen: Gewässerschutz am Burchardkai

Die Zahlen beeindrucken: Der Container-Terminal Burchardkai misst fast 3 Kilometer Kailänge und stellt 23 Containerbrücken für Schiffe aller Größen zur Verfügung. Angeschlossen sind ein automatisches Blocklager und konventionelle Lagerflächen, ein Bahnhof sowie Plätze zum direkten Umschlag der Container auf Lkw. Jeden Tag schlägt die Anlage auf der ehemaligen Elbinsel Waltershof Tausende Container um. Die Hamburger Hafen und Logistik Aktiengesellschaft (HHLA) ist jedoch nicht allein ihrem wirtschaftlichen Erfolg verpflichtet, sondern muss auch Umweltauflagen erfüllen. Dazu zählt der Gewässerschutz, der bei einer Hafenanlage und ihren stark frequentierten Umschlagflächen große Bedeutung hat.

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

Untersuchungen ergaben, dass das ablaufende Niederschlagswasser der stärker belasteten Flächen mit dem vorhandenen System nicht ausreichend gesäubert werden konnte. Also verlangte die BUKEA ein neues Entwässerungskonzept und die Errichtung zusätzlicher Reinigungsanlagen, um die Einleitung von Schadstoffen auf ein zulässiges Maß zu senken. Konkret gab die Behörde Einleitbedingungen für die Werte AFS (Abfiltrierbare Stoffe) mit max. 30 mg/l vor. Weiterhin wurden für die Schwermetalle Zink und Kupfer Zielwerte von 0,05 mg/l (Zn) und 0,005 mg/l (Cu) genannt.

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

Im Ergebnis ließen sich 57 Prozent der Flächen der Kategorie III und weitere 35 Prozent der Kategorie II zuordnen, was entsprechende Reinigungsmaßnahmen erforderlich machte. Der mittlere Stoffeintrag ins Gewässer wurde mit 622 kg/(ha a) berechnet, wobei aber nur 280 kg/(ha·a) zulässig sind. Daraus resultierte eine rechnerische Mindestwirksamkeit der Regenwasserbehandlung von 55 Prozent und eine mindestens zu entfernende AFS63-Gesamtfracht von 4.816 kg/a.

Dabei muss die Behandlung nicht zentral erfolgen und eine Teilstrombehandlung mit gleicher Wirksamkeit gilt als ebenbürtige Lösung. Die Alternative der dezidierten Reinigung von Teilströmen bietet hingegen noch den Vorteil einer wesentlich höheren Flexibilität bei der Wahl und Platzierung der dezentralen Reinigungsanlagen, gerade auch weil das Terminalgelände immer wieder Umgestaltungsprozessen unterliegt.

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

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

Die Planer entschieden sich für Substratfilter ViaPlus in Auslegungen für Flächen von bis zu 1.250 m², bis zu 3.800 m² sowie bis zu 6.600 m². Im Falle noch größerer Einzugsgebiete können die unterirdischen Filter auch parallel betrieben werden. Die ersten beiden dieser Substratfilter wurden bereits 2024 eingebaut und sorgen seitdem für eine Verbesserung der Wasserqualität.

In den Filtern ViaPlus erfolgt der Durchfluss des Niederschlagswassers horizontal. Vorbehandlung und Filtration sind in zwei gemäß SLW 60 befahrbaren Stahlbetonbehältern nebeneinander angeordnet („Flächenfilter“). So besteht zwischen Zu- und Ablauf ein Höhenversatz von nur 300 mm, was den Filterwiderstand verringert. Ein Hydrozyklon leistet die mechanische Vorbehandlung und die abgetrennten Sedimente landen in einem Schlammspeicher. Darauf erreicht das Wasser das Filter- und Adsorptionselement. Ein Vorfiltervlies säubert es dann von abfiltrierbaren Stoffen und anschließend werden gelöste und emulgierte Stoffe wie Schwermetalle und Mineralölkohlenwasserstoffe abgetrennt. Bei starken Regenfällen erlaubt das patentierte Ablaufsystem einen hohen Durchsatz ohne Beeinträchtigung der Reinigungsleistung. Die Filter ViaPlus haben einen Wirkungsgrad von 80 % hinsichtlich des Rückhalts von abfiltrierbaren Stoffen (AFS63)[1], sodass das behandelte Wasser direkt in das Oberflächengewässer Elbe abgeleitet werden darf.

2025 wurde mit dem Lamellenklärer ViaTub III eine dritte Regenwasserbehandlungsanlage auf dem Gelände des Container-Terminals Burchardkai eingebaut. Lamellenklärer bieten bei der Regenwasserbehandlung grundsätzlich den Vorteil, dass sie als verhältnismäßig kleine Bauwerke für große angeschlossene Flächen genügen. Allerdings ließen sich früher beim Betrieb solcher Anlagen im Dauerstau keine Wirkungsgrade über 50 % AFS63 erzielen – zu wenig für die erhöhten Anforderungen des Arbeitsblatts DWA A-102.

Der neuentwickelte Lamellenklärer ViaTub III jedoch erreicht einen Gesamtwirkungsgrad von 68,6 % beim AFS63-Rückhalt [2]. Das heißt, damit lässt sich Niederschlagswasser der Flächenkategorie III den Regularien entsprechend behandeln. Die anschließbare Fläche kann bis zu 96.000 m² groß sein, bei dem in diesem Fall gewählten Bautyp sind es 19.200 m².

Voraussetzung für die Leistungsstärke des Lamellenklärers ist sein Verfahren der vertikalen Trennung von Sedimentationseinheit und Schlammlager sowie die Verwendung eines Bypasses. Zur Behandlung fließt das Regenwasser über einen Zulauf in den rechteckigen Stahlbeton-Behälter (Innenmaße 5.200 mm Länge, 2.400 mm Breite, 3.160 mm Gesamttiefe).

Die Sedimentationseinheit besteht aus hexagonal angeordneten Lamellenkanälen, die durch ihre Neigung von 60° und ihre Form das Abrutschen des abgesetzten Schlamms begünstigen. Dieser wird in einem Speicher so weit unterhalb des durchflossenen Querschnitts gelagert, dass unter keinen Umständen Austrag erfolgt. Bei hydraulischer Belastung oberhalb der kritischen Regenspende springt automatisch der integrierte Bypass an. Die kritische Regenmenge läuft weiterhin durch die Sedimentationseinheit, während die überschüssige Wassermenge in einem Trennbauwerk nahe der Oberfläche in die Bypass-Leitung abgeführt wird und anschließend über ein Vereinigungsbauwerk in den Ablauf des Lamellenklärers gelangt. So kann es auch bei sehr viel Zufluss nicht zu einer Remobilisierung des abgesetzten Schlamms kommen.

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

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

[1] Die Reinigungsleistung des Substratfilters ViaPlus wurde anhand der Zulassungsgrundsätze des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) durch den TÜV Rheinland bescheinigt.

[2] Das Institut für Unterirdische Infrastruktur (IKT) hat die Sedimentationsleistung im Februar 2024 entsprechend des im Auftrag des Umweltbundesamtes aufgestellten Prüfverfahrens geprüft und bestätigt.