Pflanzenkläranlage

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Schilfkläranlagen sind pflanzenbedeckte Kläranlagen, in denen das Schmutzwasser durch das Zusammenspiel von Pflanze, Mikroorganismus, Abwasserbestandteilen und - bei der Bodenfilterung - auch dem Filtersubstrat aufbereitet wird. Hier gibt es eine große Auswahl an verschiedenen Feuchtgebieten. In der Bodenfilteranlage (auch Wurzelbereichskläranlage genannt) wird das Schmutzwasser innerhalb eines gepflanzten Bodens (Wurzelbereich) behandelt, der - für einen bestimmten Zweck (Ziel: höchstmögliche Reinigungswirkung des abgeleiteten Abwassers) - vorwiegend mit Schilf (Phragmites australis), abgestützt durch Sumpf- oder Reduktionsanlagen wie Schilfgräser, Riedgräser oder Riedgräser, gepflanzt wird.

In den Wurzeln der Pflanze leben Mikro-Organismen, die zum Abbauprozess der Bestandteile des Abwassers beiträgt, sowie der Zufuhr von Luftsauerstoff, der auch die Reinigungswirkung der Pflanze steigert. Pflanzliche Kläranlagen sind naturwissenschaftlich so lange bekannt, wie sie die Grenzwerte erfüllen können, da sie den bekannten technischen Vorschriften genügen. Ein Pflanzenklärwerk kann die meisten Wasserbestandteile auf natürlichem Wege zersetzen.

Die Kläranlage wird entweder senkrecht von oben nach unten oder waagerecht vom Einlauftor zum Auslauftor umströmt. In den Boden eingelassene Entwässerungsrohre sammeln das behandelte Schmutzwasser und führen es in einen Regelschacht. Danach wird das geklärte Brauchwasser in ein Wasserkörper geleitet, abgelassen oder zur weiteren Verwendung aufbereitet. Pflanzliche Kläranlagen umfassen::

Hier werden die nicht im Leitungswasser aufgelösten Abwasserbestandteile (Fäkalschlamm) abgelagert. Außerdem schweben die Abwasserbestandteile, die geringer als die des Wassers sind, an der Wasseroberfläche. Auch gibt es Situationen, in denen sich der Klärschlamm teilweise durch biologische Zersetzung im Klärbecken löst oder in denen das zu behandelnde Schmutzwasser kaum sedimentierbare Substanzen aufweist und eine Entleerung erst nach mehreren Jahren erforderlich ist.

Das Pflanzbeet, in der Regel ein schilfbedecktes Bassin, gefüllt mit Schotter und Erde (Erdkörper). Die Ableitung des Abwassers erfolgt entweder über ein Gradienten oder über eine in der Regel intervallgesteuerte Umwälzpumpe aus dem Förderschacht in die Pflanzenkläranlage. Abwasserverteilungssysteme, die auf ihrer Fläche laufen, und Abflussrohre, die in Systemen, die von oben nach unten fließen, führen das zu behandelnde Schmutzwasser in den Boden ein und saugen es ab.

Außerdem werden Systeme mit einer Längsströmung errichtet, bei denen das Schmutzwasser auf der einen und auf der anderen Flussseite des Anlagenbeckens eingeleitet wird. Es ist möglich, mehrere Etappen (Pflanzenteiche) in Reihe zu schalten. Im Prinzip zeichnet sich eine Pflanzenkläranlage durch einen hohen Nitrifikationsgrad und einen niedrigen Denitrifikationsgrad aus, während eine Pflanzenkläranlage einen guten Denitrifikator, in der Regel aber einen schlechteren Nitrifikator darstellt.

Der horizontale Fluss von offenen Wasseraufbereitungsanlagen ähnelt den natürlich auftretenden Sumpfgebieten, hat aber den entscheidenden Vorteil, dass optimale Zuchtbedingungen für Stechmücken geschaffen werden. Vor dem Verlassen der Pflanzenkläranlage durchläuft das Reinwasser eine Leitstelle. Die geforderte Wassergüte (BSB5, CSB, Nitrogen, Phosphor) kann ermittelt werden. Die Kontrollschächte sind die letzten Stationen, bevor das Abwasser die Pflanzenkläranlage verläßt.

Durch das Zusammenspiel der verschiedenen Verfahren wird die Reinigungswirkung einer Pflanzenkläranlage erreicht. Zum einen werden die Wasserbestandteile von den Kräutern absorbiert, um den Nahrungsbedarf der Pflanze während ihres Wachstums zu befriedigen. Andererseits wird der Großteil der Reinigungsarbeiten von im Boden lebenden Keimen oder Keimen durchgeführt. Bei beiden Verfahren wird das Abwasser "biologisch", d.h. durch chemische Reaktion, gereinigt.

Viele Sumpf- und Meerespflanzen haben sich im Verlauf der Entwicklung an eine besonders stickstoffarme Umgebung gewöhnt und bilden somit aerenchymatische Strukturen. Damit wird ein besonders effektiver Sauerstofftransport durch die ganze Pflanzenwelt zu den Haarwurzeln erreicht. Dabei wird der Luftsauerstoff durch Verbreitung in das wurzelnahe Gewässer freigesetzt und fördert so die autotrophen Keime, die den ersten Aufreinigungsschritt, die Nitrifizierung, durchlaufen.

Als Teil ihres Metabolismus wandeln Mikro-Organismen, die ein Sauerstoffmangelklima vorziehen, dieses in elementare gasförmige materielle Nitrate um, die entweichen. Hierfür werden heterotrophe und kohlenstoffhaltige Keime benötigt. Zusätzlich zu anderen Materialkreisläufen, wie dem Phosphor- oder dem Schwefelzyklus, ist der Stickstoffzyklus von herausragender Wichtigkeit, da der größte Teil des durch pflanzliche Kläranlagen gereinigten Wassers mit Stickstoffen kontaminiert ist.

Neben dem Schmutzwasser sind der Partikeleintrag, die Ammonisierung und die Bindung von Luftstickstoff die wesentlichen Inputarten. Das Eindringen von Partikeln erfolgt in Gestalt von Schwebstoffen im Gewässer, die durch das Pflanzensubstrat physisch aus dem Gewässer herausgefiltert und durch den Stoffwechsel in Gestalt von Mikroorganismen in das Netz eingebracht werden.

Der organische Sauerstoff aus bakterieller Biomasse oder pflanzlichen Rückständen wird in einer Ausgleichsreaktion in anorganischem Sauerstoff aufbereitet. Zusätzlich werden geringe Luftstickstoffmengen im Abwasser aufgelöst und so dem Kreislauf zugeführt. Zu den wichtigsten Abflussarten einer Pflanzenkläranlage gehören Entstickung, Ammoniakverdampfung und Anammox. Zusätzlich zur Entstickung als Hauptreinigungseffekt wird durch die Verdampfung von Ammoniak Stickoxid entfernt.

Insbesondere in Abwasser mit geringem chemischem Sauerstoffverbrauch kann das Anammox-Verfahren, bei dem Ammoniak ohne Zwischenstufe mikrobiologisch zu atmosphärischem Sauerstoff umgewandelt wird, einen wesentlichen Anteil an der Kläranlage haben. Zusätzlich zur Lagerung durch Niederschlag wird nach dem Ionentauscherprinzip vor allem in Tonmineralien zusätzlich Sauerstoff angesammelt. Darüber hinaus wird durch Abbau auch in der Anlage eingelagert (tote Pflanzenreste), da kaum abbaufähige stickstoffhaltige Verbindungen in Pflanzenresten nicht komplett aufbereitet werden.

Der pH-Wert und die Temperaturen in der Pflanzenkläranlage spielen eine hervorragende Rolle bei der Beeinflussung des Stickstoffkreislaufs. Phosphor ist zudem ein lebenswichtiger Nährstoff der Pflanze und kann sowohl als Lager als auch als Abfluss auftauchen. Wird die pflanzliche Biomasse regelmäßig abgetrennt, kann auf diese Weise Phosphor aus dem Kreislauf ausgeschieden werden, ansonsten bleiben Anteile des in den Pflanzenrückständen vorhandenen Phospors als Lager im Kreislauf.

BSB5( (ATH)) (Inhibierter Biosauerstoffbedarf: innerhalb von fünf Tagen von Mikro-Organismen verbraucht. In vielen Kläranlagen wird Eisenchlorid, Eisensulfat oder Aluminiumchlorid verwendet, um überschüssiges Phospat aus dem Abwasser zu beseitigen. Dabei wird das Phospat durch das "Eisen" oder "Aluminium" in eine wasserunlösliche Masse umgewandelt, die dann im Nachklärer " auf den Grund sinkt " (daher der Fachausdruck Fällung).

Diese Niederschlagsreaktionen finden in einer Pflanzenkläranlage aufgrund des im Boden enthaltenen Eisen-Salzes oder anderer Mineralstoffe statt. Zudem wird Phospor im pflanzenphysiologischen Sinne als Nahrung aufgegriffen und kann so aus dem Abwasser gewonnen werden. Allerdings kann dieser Prozess nur durchgeführt werden, wenn die gezüchtete pflanzliche Biomasse regelmässig abgebaut wird, da sonst der Leuchtstoff im Laufe des Zerfalls ins Grundwasser zurückgeführt wird.

Anders als Nitrogen kann Phosphor nicht gasförmig abgetrennt werden, was auch dazu führt, dass Kläranlagen eine begrenzte Phosphormenge aufnimmt. Alles in allem kann das Reinwasser aus dem End- und Regelschacht unter Einhaltung der Hygiene- und Technikvorschriften für höherwertige Anwendungen wiederverwendet werden. Darüber hinaus gibt es eine weitere Entwicklung, bei der bewußt auf den Bodenaufbau des Bodens verzichtet wird.

Sie sind auf ihren eigenen Füßen stehend. Das Reinigen wird hauptsächlich von den Kräutern selbst und von den Keimen in ihren Haarwurzeln durchgeführt. Pflanzliche Kläranlagen müssen nach DWA 262 sorgsam projektiert werden, dies ist für eine funktionsfähige Kläranlage vonnöten. Ein Pflanzenkläranlage ist immer für Einwohnergleichwerte (PE oder EWG) konzipiert.

Die Errichtung und Ableitung in ein Wasserhaushalt oder ins Grund- oder Fließgewässer ist bewilligungspflichtig (in Deutschland das WHG und das jeweilige Landesgesetz bzw. in Österreich das WRG). Die Nutzung von kleinen Kläranlagen wie z.B. pflanzlichen Kläranlagen wird sich daher in Mitteleuropa auf unbebaute Flächen begrenzen.

Pflanzliche Kläranlagen können aber auch zur Beseitigung von Abwässern aus kleinen Orten genutzt werden und damit andere Behandlungsverfahren ersetzen. Da die meisten Kläranlagen noch in Betrieb sind (die ersten wurden um 1980 gebaut), ist die eventuelle Nutzungsdauer von Kläranlagen schwierig zu eruieren. Das Pflanzenklärwerk ist eine Variante zur Klein-Kläranlage mit Belebtschlamm-Verfahren oder Tropfkörper.

Ein Wasserkörper, der das behandelte Schmutzwasser (Vorfluter) aufsaugen kann, ist für die Entwässerung der Pflanze von großem Nutzen. Alternativ wird das Reinwasser dem Grund- bzw. wiederverwertet. Auffällig ist, dass pflanzliche Kläranlagen im Laufe des Winters aufgrund der fortschreitenden Verfahren nicht gefrieren und aufgrund des fehlenden Aggregats technisch stabil sind (außer bei möglichen Schmutzwasserpumpen).