Wissenswertes über den bewachsenen Bodenfilter (Pflanzenbeet) zur biologischen Abwasserreinigung

80% aller Anlagen in Offensen - Schwachhausen sind vertikale durchströmte Bodenfilter.

Abb.1: Horizontalfilter

Bei einem Horizontalfilter durchströmt das Abwasser den Bodenfilter von einer Seite zur anderen, also horizontal. Es erfolgt ein kontinuierlicher Abwasserzulauf von der Vorklärung in den Bodenfilter

Abb.2: Vertikalfilter

Bei einem Vertikalfilter durchströmt das Abwasser den Bodenfilter von oben nach unten, also vertikal. Die intermittierende Beschickung des Bodenfilters mit vorgereinigtem Abwasser erfolgt mehrmals täglich über eine Pumpe

Bei der Passage des Wassers durch den Boden finden an den Bodenpartikel Abbauprozesse statt, durch die das Wasser gereinigt wird, so dass es am Auslauf die erwünschte Qualität erreicht.

Abwasserchemische Untersuchungen belegen, dass sowohl Vertikal- als auch Horizontalfilter mit sandig-kiesigem Bodenmaterial weniger Probleme mit der Hydraulik haben, als Anlagen mit schluffig-tonigen und schwerdurchlässigen Böden (wie z.B. Wurzelraumanlagen). Dies bedingt auch  deutlich bessere Ablaufwerte und Reinigungsleistungen der Bodenfilter mit sandig-kiesigem Material.

Sowohl der Nährstoffentzug durch die Pflanzen , Schilfpflanzen oder andere siehe ATV 262 – als auch der Sauerstoffeintrag durch das Aerochym der Helophyten sind relativ unbedeutend. Dennoch tragen die Pflanzen z.B. durch ihre isolierende Wirkung im Winter bzw. durch die Durchwurzelung des Bodenkörpers und die damit verbundene Verbesserung der Hydraulik zu einer Optimierung des Gesamtsystems bei.

In der Regel wird vor den eigentlichen Bodenfilter ein Vorklärbehälter gebaut, in dem Feststoffe abgetrennt werden. Der sich hier ansammelnde Schlamm muss nach einiger Zeit abgesaugt und anderweitig entsorgt werden.

Anforderungen für Anlagen mit Ausbaugrößen über 50 EW sind in dem ATV - Arbeitsblatt A 262 formuliert, wobei die Ausfaulgrube durch andere Vorklärstufen (z.B. Absetzteich) ersetzbar ist.

Reinigungsleistung von Bodenfiltern

Wie auch in einer technischen Kläranlage ist das Ziel der Abwasserreinigung in einem Bodenfilter in erster Linie die Entfernung von C-Verbindungen, N-Verbindungen und Phosphor. Daneben sollen Mikroorganismen – pathogene wie nicht pathogene – aus dem Wasser entfernt werden.

Bereits ohne besondere Maßnahmen können bewachsene Bodenfilter über die geforderte Grundreinigung hinaus einen erheblichen Anteil der zugeführten Nährstoffe eliminieren.

Im belebten Boden finden die Bakterien günstige Bedingungen, den organisch gebundenen Stickstoff zu Ammonium, Nitrat und schließlich zu Luftstickstoff umzusetzen und damit dem Wasser zu entziehen.

Das in einem bewachsenen Bodenfilter zurückgehaltene Phosphat wird im Bodenmaterial angelagert. 

Durch die in der Regel intermittierende Betriebsweise wird auf geringer Fläche (2 - 5 m²/EW) eine hohe Reinigungsleistung erzielt. Die Vertikalfilter sind bekannt für einen guten CSB-Abbau und eine weitgehende Nitrifikation.

Eine Reihe von Autoren (u.a. Kunst und Flasche 1995, Bahlo 1997, Platzer 1997) belegen, dass Vertikalfilter leistungsfähiger sind als Horizontalfilter. Die durchschnittliche Gesamtstickstoffablaufkonzentration liegt bei Vertikalfiltern mit durchschnittlich 67 mg/l Gesamt-Nitrat (Ges.-N) über dem Wert für Horizontalfilter, die Ablaufwerte von 52 mg/l Ges.-N aufweisen (u.Die Untersuchung der räumlichen Verteilung der mikrobiellen Aktivitäten ergab, dass der CSB-Abbau zu mindestens 80% bis 20 cm Bodentiefe erfolgt. Bei sehr guter Sauerstoffversorgung ist sogar schon 90% des CSB bis zu dieser Bodentiefe eliminiert (Kunst und Flasche 1995, Platzer 1997).

Auch die Nitrifikation findet fast ausschließlich in diesem Bereich statt. 95% des abwasserbürtigen NH₄-N-Stickstoffes sind unter günstigen Sauerstoffverhältnissen bis 20 cm Bodentiefe nitrifiziert. Das Potential für die Nitrifikation ist in den ersten 5 cm Boden am höchsten. Wenn die hydraulische oder organische Belastung ansteigt, dehnt sich die Nitrifikationszone in tiefere Bodenschichten aus.

In 50 cm Bodentiefe eines Vertikalfilters, der aus einem sandig-kiesigen Material aufgebaut ist, liegt der Gesamtstickstoff zu über 80% als Nitrat und nur ca. 10% als Ammonium vor. Der Gesamtstickstoff-Abbau ist gering, weil die Denitrifikation durch die Durchlüftung des Bodens in den besonders aktiven oberen Bodenschichten gehemmt bzw. unterbunden ist.

Aus diesen Untersuchungsergebnissen folgt :

• Intermittierend beschickte Vertikalfilter sind zu sehr hohen Nitrifikationsleistungen befähigt.
• Der limitierende Schritt bei der Stickstoffelimination ist die gehemmte Denitrifikation.
• Liegen noch höhere CSB-Konzentrationen im Abwasser vor, wird die Nitrifikationsschicht in die tieferen Bodenschichten verlagert (> 50 cm).

• Bei Verzicht auf bindige Bodenanteile kann schon bei Belastungen von 3 - 5 m²/E der Bodenfilter längerfristig ohne Überstau in Betrieb gehalten werden. Dabei lassen sich für BSB₅ und CSB die Mindestanforderungen problemlos einhalten. Die sich hierbei ergebenden CSB-Flächenbelastungen betragen nach neueren Arbeiten von Platzer 1998 und Kunst/Flasche 1995 20 - 25 g CSB/m²* d.
• Bei einer CSB-Raumflächenbelastung unter 20 g/m^2* d und einer Stickstoffflächenbelastung unter 2 - 3 g/m^2* d wird vollständig nitrifiziert und zu über 90% denitrifiziert. Die CSB-Konzentrationen liegen dann unter 40 mg/l (Fehr 1990). Die oben genannten Flächenbelastungen führen zu einem Flächenbedarf von 5 - 7 m²/EW.
• Die Nitrifikations- und in der Folge die Denitrifikationsleistungen können durch eine intermittierende Beschickung der Anlagen deutlich gesteigert werden (2-6 Intervalle pro Tag).
• Ebenso kann durch Anreicherung des Bodenmaterials mit Eisenspänen längerfristig eine Erhöhung der Phosphatbindung erzielt werden, die über den Eliminationsleistungen von Teichanlagen liegt. Bei Wässern mit hoher Karbonathärte sind Phosphatfestlegungen im Boden durch eine Fällung mit Kalzium auch über Jahrzehnte zu erreichen (Aulenbach 1988).
• Zur Einarbeitung der Pflanzenstufe ist eine Vegetationsperiode erforderlich. Die Pflanzen spielen vor allem für das Offenhalten des Systems, die Denitrifikation und Abwasserhygienisierung eine Rolle.

Bewachsene Bodenfilter zeichnen sich im Sommer wie im Winter durch eine hohe Betriebssicherheit aus. Hierzu liefern viele Beispielanlagen den Beleg.

Natürlich  ist im Winter durch die verlangsamten Stoffwechselprozesse mit gewissen Leistungseinbussen zu rechnen. Allerdings ist durch die normale Abwassertemperatur sowie die isolierende Wirkung der Pflanzen ein stabiler Betrieb und das Einhalten der geforderten Ablaufwerte die Regel.

Im Sommer kommt es durch höhere Verdunstung zu einer Verringerung des Abflusses - in manchen Fällen bis zu einem abflusslosen Zustand. Die Beschattung durch die Pflanzen wirkt einem Austrocknen entgegen. 

Durch regelmäßige Wartung kann die ohnehin gute Betriebssicherheit der Anlagen weiter gesteigert werden.

Langzeitbetrieb

^{Zum Langzeitbetrieb von Bodenfiltern (>> 10 Jahre) sind z.Zt. Aussagen über bis zu 15 Jahren möglich, weil bewertbare Betriebsführungen nur für diesen Zeitraum vorliegen.}

^{Bewachsene Bodenfilter haben sich zur Behandlung häuslicher Schmutzwässer im Dauerbetrieb bewährt. Abwasserchemische Untersuchungen belegen, dass Anlagen mit nichtbindigem, durchlässigem (sandig-kiesigem) Bodenmaterial als Horizontal- und Vertikalfilter deutlich bessere Ablaufwerte und damit Reinigungsleistungen aufweisen als die mit bindigem, schwerdurchlässigem (schluffig-tonigem) Bodenkörper ausgestatteten Wurzelraumanlagen. Nicht nur die Anforderungen für Kläranlagen der Größenklasse 1 (< 1000 EW, Kleinkläranlagen, kleine Kläranlagen), sondern auch Anforderungen an Anlagen der Größenklasse 3, z.T. auch 4 und 5 können eingehalten werden.}

Das Forschungsvorhaben ist Teil des durch die Deutsche Bundesstiftung für Umwelt geförderten Verbundprojektes „Bewachsene Bodenfilter".

(Förderkennzeichen: AZ 14178-08)

[Home] [Wasser] [Abwasser] [Bodenfilter] [Schilfmotte] [Pflanzenbeet] [Fach ABC] [Tipps] [Allerlei] [Impressum]