Pflanzenkläranlagen

Eine der ältesten Methoden, das Abwasserproblem zu lösen, ist die Klärtechnik im Wurzelraumfilter. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts begann man in England mit der Behandlung vom Kommunalabwasser auf sogenannten Rieselfeldern. Sie wurden mit Abwasser überflutet und die im Boden lebenden Mikroorganismen bauten die Verunreinigungen ab. Diese Methode ist sehr wirksam und wird teilweise heute noch eingesetzt. Sie erfordert jedoch großräumige Feldflächen von 40 m2 bis 80 m2 pro Einwohner sowie ein bestimmten Betriebsregime.

Der technologische Fortschritt und Zugang zu günstiger Energie führten zur Entwicklung von neuen Lösungen mit Einsatz von technischen Geräten. Der Hauptvorteil dieser Lösungen war ein geringerer Platzbedarf. In solchen Behandlungsanlagen werden meistens die Eigenschaften des Belebungsschlammes und aerobe Schlammstabilisierung genutzt. Diese Art der Abwasserbehandlung erfordert große Kostenaufwendungen für Bau und Betrieb, eine konstante Abwasserzusammensetzung und ständige und hoch qualifizierte Bedienung. Dadurch sind solche Kläranlagen wirtschaftlich nur für große Ortschaften interessant.

In kleinen Dörfern und Orten sind eher Abwasserkläranlagen ohne Aufsichtsbedarf und Energiezufuhr erwünscht. Sie sollen auch bei unregelmäßiger Last und unterschiedlicher Zusammensetzung des Abwassers wirksam sein. Bei Entwicklung solcher Kläranlagen erschien die Ökotechnologie als Hilfslösung. Sie nutzt die Tatsache, dass die biochemischen Vorgänge in den Organismen und deren Auswirkung auf die Umwelt auf natürlicher Weise den gegenseitigen Beziehungen zwischen lebendigen und nichtlebendigen Bestandteilen eines Systems unterordnet sind. Es ist ein Netzwerk von gegenseitigen Prozessen und Funktionen mit unterschiedlicher horizontalen Struktur, internen Regulationszyklen und eigener Dynamik. Die technologische Nutzung dieser Vorgänge führt zu reduzierten Konstruktionsaufwendungen bei geringerem Energiebedarf. Die in dem Bioreaktor vorgehenden Prozesse zeichnen sich selbst bei wechselhaften Bedingungen durch große Stabilität aus (sogenannte. Rückkopplung). Damit die Zersetzung- und Synthesevorgänge stattfinden könnten, ist eine große Vielzahl an physikalischen, chemischen und biologischen Bestandteilen notwendig. Da die Reaktionsgeschwindigkeit meistens relativ gering ist, sollten Bioreaktoren mit großem Volumen eingesetzt werden.

Der Boden ist ein in hohem Maße komplexes System. Diese Komplexität ist wird von den vorhandenen Arten ausgemacht, die dort in gegenseitiger Abhängigkeit leben. In dem mit Abwasser belastetem, durchgewurzeltem Boden kommen ca. 2000 verschiedene Arten Bakterien und zigtausende Pilzarten vor. Der ökotechnische Behandlungsprozess findet praktisch in dem dicht vom Untergrund abgedichteten Pflanzenbett (meistens mit (Phragmites communis bewachsen) statt, indem das Abwasser horizontal durch den Wurzelraum fließt. Die Wurzeln wachsen im Boden bis zum 1,2 m tief und gewährleisten dadurch Durchlässigkeit des Bettes und kontinuierlichen Durchlauf des Abwassers. Das Pflanzenluftgewebe (arenchyma) versorgt das Wurzelsystem mit Sauerstoff. Das Gas drängt in den Raum zwischen den Wurzeln, wo die Mikroorganismen es für aerobe Zersetzung von Verunreinigen verbrauchen. Gleichzeitig entstehen in Nähe der Haarwurzeln anaerobe Zonen, in welchen die sauerstofffreien Reaktionen stattfinden. Im gesamtem Pflanzenbett (3 -5 m2Bettfläche /EGW) laufen parallel Synthesereaktionen der im Abwasser vorhandenen Stoffe mit den Bodenbestandteilen und Ausfällungsreaktionen der Produkte dieser Reaktionen ab.

Der Einsatz von Mineralien, Tonmineralien und Ionaustauschern im Bett ermöglicht es, die Vorteile der Adsorption bei Abwasserbehandlung zu nutzen und eine weigehende Reduzierung von Nährstoffen zu erreichen

In dem Bodenfilter befinden sich Aluminium-, Kalzium- und Eisenverbindungen, die im Ergebnis der aeroben und anaeroben Reaktionen zur Ausfällung von unlöslichen Phosphorverbindungen beitragen. Eine Besonderheit der ökotechnologischen Behandlungsmethode ist die Reduktion von Schwefelverbindungen im Abwasser. Aerobe und anaerobe Mikroorganismen im Pflanzenbett zersetzen die Schwefelverbindungen bis zum elementaren, stabilen Schwefel, mehr oder weniger neutral für die Umwelt.

In Deutschland gibt es tausende Pflanzenkläranlagen. Sie bedienen Haushalte von einigen Personen (Einfamilienhäuser, Bauernhöfe) bis zu Industriebetrieben und werden bei Bewirtschaftung von Klärschlamm, Regenwasserreinigung, Rekultivierung von Seen und zum Schutz von Oberflächengewässern eingesetzt.

Aufgrund der verhältnismäßig niedrigen Kosten, großer Stabilität beim Betrieb, Beständigkeit bei Überlastung und mit anderen Lösungen unvergleichbare landschaftlich-natürlichen Vorteile verdienen die ökotechnologischen Lösungen breitere Anerkennung. Aus den achtjährigen Forschungen des Umweltbundesamts geht hervor, dass vertikale Filter die größte Wirkung zeigen, indem sie bei Flächenbedarf von ca. 3m2 /EGW eine Reduktion von BSB5 im Bereich von 98 - 99% und eine Reduktion der Nährstoffen bis zu 95% erreichen.

Beim Einsatz von mineralen Ionaustauschern im Aufbau des Kläranlagebettes kann eine weitere Verbesserung der Qualität des gereinigtem Wasser erreichet werden, so dass dessen sekundären Verbrauch ermöglicht wird.