Bio-Permakultur 04a.11c: Teich als Kläranlage - die Pflanzenkläranlage OHNE Chemie

Die Bio-Kläranlage: Kies, Sand und Schilf machen's möglich - und im Flachland eine kleine Wasserpumpe

   
Teich mit Schilfteich (biologische Kläranlage) oberhalb [1] - Teichkläranlage mit Klärpflanzen fertig am Laufen [4]

von Michael Palomino (2020)

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4a11c. Teich als Kläranlage - die natürliche Pflanzenkläranlage OHNE Chemie


Teiche mit Schilf filtern Grauwasser - die biologische Kläranlage
-- Teiche können als biologische Kläranlage dienen, indem Schilf angepflanzt wird: Das Schilfbettfiltersystem recycelt Grauwasser [web01]
-- Schilf ernährt sich von Stickstoff und klärt zusammen mit Mikroorganismen die Gewässer: Das Schilf verbraucht viele Nährstoffe, und Mikroorganismen bevölkern das Schilf. Diese Organismen geben dem Wasser antibakterielle Substanzen ab und reinigen daher das mit Abwasser belastete Wasser [web10]
-- mit einer Vorklärstufe und einem Zersetzungsbecken voller Kies, Sand und Schilf sowie einem Kontrollbecken kann man also biologische Kläranlagen einrichten [web11].

Teich mit Schilfteich (biologische Kläranlage) oberhalb [1]

-- Schilfrohr Details: https://www.dehner.de/produkte/schilfrohr-X008313884/
-- Buch "Tricks mit Mutter Erde" Kapitel 14: Biologische Kläranlage:
http://www.soz-etc.com/natur/Ldw-perma/Dt/BUCH-tricks-m-Mutter-Erde-in-Ldw-2019-version03-2okt2019.pdf
 

Details:

Eine natürliche Pflanzenkläranlage reinigt das Abwasser in 2 Stufen:

    1) Vor dem ersten Becken wird mit einem Filter mechanisch gefiltert

    2) Im zweiten Becken wird das Abwasser biologisch mit Schilf gereinigt [web02].

Das Schilf verbraucht viele Nährstoffe, und Mikroorganismen bevölkern das Schilf. Diese Organismen geben dem Wasser antibakterielle Substanzen ab und reinigen daher das mit Abwasser belastete Wasser [web03].

Natürliche Pflanzenkläranlage in der Ebene und am Hang mit der Klärpflanze Schilf - Schema [2]

Die natürliche Pflanzenkläranlage

Eine Pflanzenkläranlage besteht aus

1) einem Reservoir mit einströmendem Abwasser, mit 1 Rechen gegen grosse Gegenstände davor

2) ein Zersetzungbecken: mit Kies, Sand und Schilf (z. B. Phragmites australis)

3) eine Kontrollbrunnen am Auslass, das gereinigte Wasser wird mit Messungen kontrolliert [web01].

 

Das zentrale Becken, in dem die Abbauprozesse stattfinden, kann die meisten Abwasserbestandteile auf natürliche Weise reduzieren. Hier kombinieren sich die Effekte von

-- Filter (mechanischer Prozess)

-- Bakterien: absorbieren oder reduzieren die Abwasserbestandteile (biologischer Prozess)

-- organische Prozesse: Abwasserbestandteile werden aufgenommen oder reduziert (biologischer Prozess)

-- der Boden: absorbiert die Abwasserbestandteile (physikalischer Prozess)

-- zwischen den Wurzeln: es kommt zur Ausfällung von Substanzen (chemischer Prozess) [web01].

 

Bei den Abbauprozessen handelt es sich vor allem um

-- die Reduktion von Kohlenstoff

-- die Nitrifikation [web01].

Natürliche Kläranlagen sind vertikal oder horizontal orientiert

Es gibt Pflanzenkläranlagen

-- vertikal: Das Abwasser fließt automatisch von oben nach unten (mit optimalen Ergebnissen) mit einer hohen Nitrifikationsrate, aber weniger Denitrifikation.

-- horizontal: Das Abwassr fließt mit mechanischen Pumpen vom Eingang zum Ausgang mit einer geringen Nitrifizierungsquote, aber mehr Denitrifizierung.

Sie sind wie Moore und können einen Mücken-Horror verursachen [web01].

 

Bedingungen für eine natürliche Pflanzenkläranlage: Pumpen und etwas Strom

-- Der Stickstoffkreislauf muss durch den pH-Wert und die Wassertemperatur gesteuert werden

-- Natürliche Pflanzenreinigungsanlagen frieren im Winter nicht ein, sondern laufen weiter

-- Natürliche Pflanzenreinigungsanlagen benötigen nur ein paar Pumpen, andere Maschinen werden NICHT benötigt

-- Insgesamt ist die Wartung einer natürlichen Kläranlage günstig

-- Die Bakterien des Zersetzungsprozesses befinden sich im Boden und sind nicht auf einen "lebenden Schlamm" angewiesen, der hinzugegeben werden muss

-- Das heißt, eine natürliche Pflanzenkläranlage funktioniert in nahezu jeder Umgebung der Welt [mit einigen Pumpen und etwas Strom] [web01].

Die Klärpflanzen (Repositionspflanzen) für eine Pflanzenkläranlage

Pflanzen mit reinigenden Eigenschaften sind:
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Das Zentrum ist die Klärgrube mit Kieselsteinen, Sand und Schilf – oder nur mit den Wurzeln

  
Teichkläranlage im Bau [3] - Teichkläranlage mit Klärpflanzen fertig am Laufen [4]

Normalerweise besteht eine natürliche Pflanzenkläranlage aus 3 Becken. Das Zentrum der natürlichen Pflanzenkläranlage ist das zweite Becken mit Kies, Sand und Pflanzen (Schilf) [web01].

Es gibt auch Kläranlagen mit nur einer langen Grube, in die das Abwasser von einer Seite her eintritt und das gereinigte Wasser am Ende des Beckens austritt [web01].

Variationen der Grube (des Mittelbeckens)

Variante 1) mit Fäkalschlamm

In einem Zentralbecken einer natürlichen Pflanzenkläranlage

-- setzen sich Substanzen ab, die schwerer als Wasser sind und den Fäkalschlamm bilden (Kotschlamm, Schlickfäkalien)

-- da schwimmen Substanzen an der Oberfläche, die leichter als Wasser sind

-- In einigen Fällen sind fast keine Fäkalien vorhanden und es bildet sich fast kein Fäkalschlamm (Schlickfäkalien) [web01].

Normalerweise wird das Becken innerhalb eines Jahres mit Fäkalschlamm gefüllt und sollte einmal im Jahr entfernt werden. Es gibt aber auch Fälle von natürlichen Kläranlagen, in denen Fäkalschlamm durch biologische Prozesse im Reservoir selbst abgebaut wird und sich fast nichts ansammelt [web01].

Variante 2) mit Hackschnitzeln - und es entsteht ein Kompostteig

Es wird ein Becken mit Trockenfilter mit zwei Abteilungen installiert:

-- Der Boden ist ein Filz

-- Auf diesem Filz ist dicker Kies angebracht

-- In die dicke Kiesschicht wird eine Schicht Holzspäne von Laubbäumen eingebaut (Nadelbäume sind wegen ihrer antibiotischen Wirkung nicht möglich) [web01].

Die Fäkalien lagern sich im Holzspanfilter und im Kies ab, bleiben aber gleichzeitig mit Luft in Kontakt. Fäulnis und Gestank gibt es nicht. Wenn der erste Speicherraum voll ist, wird der zweite verwendet. Das Endprodukt ist Kompostmasse [web01].

Variante 3) mit Komposttoilette mit separatem Urin

Wenn die natürliche Kläranlage nur an Komposttoiletten mit separatem Urin angeschlossen ist, kommt es zu keiner Stuhlablagerung in einem zentralen Reservoir. Die natürliche Kläranlage braucht nur die Hälfte der Fläche [web01].

Variante 4) ohne Bodenschicht nur mit Pflanzenwurzeln

Es ist möglich, eine natürliche Kläranlage ohne Kotschicht, ohne Kies- oder Holzschicht zu installieren, und zwar einfach mit Pflanzen, die auf ihren eigenen Wurzeln stehen. Den Grossteil der Reinigungsarbeit leisten die Pflanzen sowie die Mikroorganismen in den Wurzeln. Auf diese Weise kommt es zu einer stärkeren Durchflutung und es kann Gewicht gespart werden, so dass die Installation auch auf Dächern möglich wird [web01].

 

Die Prozesse in der Grube

-- Es gibt keine schlimmen Gerüche: Principiell ist immer alles in Bewegung und deshalb gehen von natürlichen Pflanzenkläranlagen keine schlimmen Gerüche aus

-- Pflanzen absorbieren: Pflanzen absorbieren einen Teil der Abwasserbestandteile, um zu wachsen

-- Die Wurzeln des Schilfs: Die Wurzeln des Schilfs halten den Boden für Sauerstoff durchlässig etc. – Verdichtungen, die durch Drauftreten entstehen, werden ausgeglichen, oder ausgleichende Wirkung bei der Bildung neuer Fäkalschichten

-- Mikroorganismen und Bodenbakterien reinigen: Mikroorganismen und Bodenbakterien reinigen einen Großteil des Abwassers durch chemische Reaktionen [web01].

-- Kies bindet Phosphate [web02].

1) Pflanzenwurzeln reichern den Bodenbereich mit Sauerstoff an: Viele Sumpf- und Wasserpflanzen transportieren Sauerstoff zu ihren Wurzeln, indem sie ihn in der Tiefe im Bodenwasser verteilen (sauerstoffreiche Zone, aerobe Zone). Auf diese Weise können autotrophe Mikroorganismen an dem ersten Schritt der Reinigung arbeiten: eine Nitrifikation [web01].

2) Sauerstoff in chemischen Verbindungen: Es gibt den Fall, wenn sich Sauerstoff nur in chemischen Verbindungen befindet (sauerstoffarme Zone, anoxische Zone), z.B. in Nitrat, das Produkt der Nitrifikation. Heterotrophe Mikroorganismen, die eine Kohlenstoffquelle haben, arbeiten mit diesem Nitrat und deshalb tritt Stickstoff als Gas aus. Das ist Denitrifikation [web01].

3) Reinigung in sauerstofffreien Zonen (anaerobe Zonen): Es entsteht ein unschöner Geruch nach Fäulnis, der nur in Sonderfällen wie der anaeroben Reinigung entsteht [web01].

Die Zersetzungsprozesse: Zyklen

Der Großteil des Abwassers besteht aus Stickstoffverbindungen. Die Zersetzungsprozesse beziehen sich

-- auf den Stickstoffkreislauf

-- auf den Phosphorkreislauf

-- auf den Schwefelkreislauf

-- auf den Ammoniakkreislauf (Ammonifizierung) [web01].

Die Hauptprozesse sind Denitrifikation, Ammoniakverarbeitung und Ammoniakoxidation. Dieser Prozess von Ammoniak ("Anammox") ist besonders dann von Bedeutung, wenn wenig chemischer Sauerstoff benötigt wird [web01].

Partikel zersetzen sich und fallen durch einen Stoffwechsel als mikrobielle Biomasse an. Das führt zu Ammoniak durch mikrobielle Biomasse bzw. durch Pflanzenreste. Die Mineralisierung erfolgt durch die Umwandlung in anorganischen Stickstoff [web01].

Atmosphärischer Stickstoff tritt in geringen Mengen wasserlöslich aus und ist Element des Systems [web01].

Weitere Stickstoffzersetzungsprozesse

-- mit Ausfällung (Stickstoffanreicherung)

-- mit Ionenaustausch (Stickstoffanreicherung in Tonmineralien)

-- mit Abbauprozessen (Stickstoffanreicherung in Überresten toter Pflanzen als Ergänzung zur unvollständigen mikrobiellen Ammonifizierung von Pflanzenresten) [web01].

Ausfällung von Phosphat: Der natürliche Beckenboden enthält Eisensalze oder andere Mineralien, die sich mit Phosphat in eine unlöslichen Verbindung verbinden, die auf den Boden fällt (Ausfällung) [web01].

Nebenwirkungen einer natürlichen Kläranlage: Phosphor

-- es kann in der Setzschicht Phosphor vorkommen

-- wenn diese Pflanzen-Biomasse entfernt wird, wird auch das Phosophor entfernt

-- wenn die Pflanzen-Biomasse immer beseitigt wird, nehmen die Pflanzen Phosphor als Nährstoff auf und wird auf diese Weise aus dem Abwasser zum Teil eliminiert

-- insgesamt reagiert der Phosphor nicht wie ein Gas und bleibt [web01].

Das letzte Becken mit der Endkontrolle

Das gereinigte Wasser landet zuletzt in einem Kontrollbrunnen mit Messungen [web01], mit Tests am gereinigten Wasser [web02], und

-- Stickstoff wird gemessen

-- Phosphor wird gemessen

-- Kohlenstoff wird gemessen [web01].

Bei Kohlenstoff wird eine Reaktionskontrolle angewendet

-- wie lange eine biologische Reaktion von Mikroorganismen braucht

-- wie lange eine chemische Umwandlung braucht etc. [web01].

In verseuchten Regionen kann eine Belastung von Inhaltsstoffen bleiben, die von Pflanzen nicht abgebaut werden können [web01]. Am Ende

-- gelangt das gereinigte Wasser in die Gewässer der Region, oder

-- das gereinigte Wasser versickert in den Boden, oder

-- das gereinigte Wasser wird beispielsweise zur Wiederverwendung gespeichert [web01]

    - um den Garten zu bewässern [web02].

Oder es wird mit dem gereinigten Wasser ein Teilrückfluss installiert:

 

Rückfluss eines Teils des gereinigten Wassers

Natürliche Pflanzenkläranlage in der Ebene und am Hang mit der Klärpflanze Schilf - Schema [2]

 

Für eine maximale Wasserqualität: Ein Teil des gereinigten Wassers fliesst in den Einlass zurück

Wenn eine maximale Wasserqualität benötigt wird

-- in einem sensiblen Gebiet

-- in einem Gebiet mit einem ökologischen Grundwasserreservat

-- im Falle einer Wasserableitung in ein Schwimmbad

-- bei der Erzeugung von Brauchwasser

-- bei strengeren ökologischen Grenzwerten aufgrund der Bedingungen des Kunden [web02]

 

dann wird ein Teil des Wassers, das die Kläranlage verlässt, zum Eingang zurückgeleitet:

-- um das eintretende Abwasser zu verdünnen

-- um die Bildung von Schwefelgeruch (Schwefelwasserstoff) zu unterbinden

-- um die Bildung von Fäkalschlamm (Kotschlamm) zu unterbinden

-- um das Abwasser bereits in der ersten Phase zu "vitalisieren"

-- um alle Stufen des Zersetzungsprozesses zu verbessern [web01].

 

Bei vertikalen natürlichen Kläranlagen, die gereinigtes Wasser zurückfliessen lassen, ist eine Pumpe erforderlich.

Bei horizontalen natürlichen Kläranlagen erfolgt die Rückführung von gereinigtem Wasser durch Gravitation [web01].

 

Man kann dann noch einen Teich hinzufügen [web02].

Teich mit Schilfteich (biologische Kläranlage) oberhalb [1]

Oder man kann einen Schwimmteich installieren, mit einer kleinen, natürlichen Kläranlage mit Schilf:

Swimming Pool mit Klärpflanze Schilf

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Quellen
[web01] https://de.wikipedia.org/wiki/Pflanzenkläranlage
[web02] https://naturbauhof.de/lad_pka_funktion.php
[web03] https://www.dehner.de/produkte/schilfrohr-X008313884/


Fotoquellen
[1] Teich mit Schilfteich nebendran: https://naturbauhof.de/lad_pka_funktion.php
[2] Schilfteich als Kläranlage, Pflanzenkläranlage in der Ebene oder am Hang: https://naturbauhof.de/lad_pka_funktion.php
[3] Teichkläranlage im Bau: https://www.aquant.de
[4] Teichkläranlage fertig am Laufen: https://www.aquant.de
[5] Swimming Pool mit Klärpflanze Schilf: https://www.aquant.de

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