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LotharGehlhaar - Teichbauforum

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 Betreff des Beitrags: Bodenfilter -
BeitragVerfasst: Mo 12.Jun 2006 16:13 
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Teichbau+Teichtechnikberater
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Folgende Punkte werden in der nächsten Zeit mit Leben gefüllt und NICHT zur Diskussion stehen:

1. [url=#1.]Historisches[/url]
2. [url=#2.]Anforderungen am Teich[/url]
3. [url=#3.]Warum ein Bodenfilter mehr kann[/url]
4. [url=#4.]Wie ein Bodenfilter am Teich betrieben wird[/url]
5. [url=#5.]Auslegung und Aufbau[/url]
6. [url=#6.]Pflege und Wartung[/url]




Historisches[anker:1.]

Ein bewachsener Bodenfilter bietet bei Verwendung an einem mit Fischen besetzten Teich einige unschlagbare Vorteile, die derzeit kein anderes Filtersystem in ähnlicher Weise zu leisten vermag.

Der Bau pflanzenloser Bodenfilter geht bereits auf das Jahr 1868 zurück, als Sir Edward Frankland erfolgreiche Versuche zur Reinigung von Abwässern mittels Filtrierung durch verschiedene Bodensubstrate durchführte. 1891 erschienen das erste Regelwerk zu Bodenkennwerten, Filterbelastung und Konstruktion solcher Anlagen. Diese Empfehlungen wurden selbst 1998 noch nahezu unverändert in das Bemessungsblatt ATV-A 262 für die Bemessung von Pflanzbeeten für kommunales Abwasser übernommen.

Mittlerweile liegen Jahrzehnte an Erfahrungen vor und aktuell geht der Trend zur Behandlung kommunaler und industrieller Abwässer immer mehr in Richtung bewachsener Bodenfilter. Neuere und aktuelle Untersuchungen belegen die Leistungsfähigkeit dieser Anlagen in vielen Punkten. Speziell im Hinblick auf Störanfälligkeit, Elimination von Krankheitserregern und Wartungsaufwand sind Bodenfilter derzeit als konkurrenzlos anzusehen.

Nach diesem kurzen Abstecher in die Geschichte und dem aktuellen Trend in der Abwasserbehandlung nun zurück zur Verwendung dieser Systeme an Koi-Teichen.



Anforderungen am Teich[anker:2.]

Vom Menschen verursachte Abwässer enthalten ein kaum überschaubares Gemisch an Inhaltsstoffen. Waschtenside, Phosphate, Medikamentenrückstände, verschiedenste Chemikalien, Schwermetalle, Organik aus Lebensmittelresten und Fäkalien, Harnstoff etc. um nur einige davon zu nennen. Mit all dem muss eine Abwasserbehandlung fertig werden und wird es auch.

Die eingetragene „Schmutzfracht“ eines Teiches hingegen ist i.d.R. sehr überschaubar. In erster Linie handelt es sich um organisches Material, Stickstoff-Verbindungen und Phosphate. Ab und zu und wenn es sich nicht vermeiden lässt, gelangt durch Medikation auch die eine oder andere Chemikalie wie z.B. Malachitgrünoxalat hinzu. Alles in allem Stoffe, die uns sowohl in Art als auch in deren Menge bekannt sind. Ein immens großer Vorteil gegenüber der Kläranlage, die unser Abwasser und das vieler hundert anderer Menschen klären muss. Wir wissen also mit was es die biologische Klärung unseres Teichwassers tagtäglich zu tun bekommt.

Neben dem Abbau der Ausscheidungen unserer Fische, was keine sehr große Anforderung an den Bodenfilter darstellt, muss dieser auch dazu in der Lage sein größere Durchflussmengen - als seinem eigentlichen Aufbau entsprechend - dauerhaft zu bewältigen. Das Problem hierzu nennt sich „Kolmation“ (=Verminderung der Bodenhydraulik durch Sediment- und Biomasseauftrag).

Die Kolmation(=Auflanden) ist oftmals das Problem, an dem die meisten Interpretationen eines Bodenfilters an Teichen gescheitert sind. Kiesfilter, Pflanzenfilter etc. sind diesbezüglich die am häufigsten verwendeten Begriffe, denen ein eher negativer Ruf anhaftet. Das Negativimage dieser Filterpraktiken ist durchaus gerechtfertigt und resultiert in erster Linie aus dem fehlenden Verständnis des Erbauers für „echte“ Bodenfilter. Um dem Zusetzen dieser „Pflanzenfilter“ zu begegnen findet man immer wieder recht abenteuerlich anmutende Lösungswege wie z.B. auf Edelstahl-Lochblech und lediglich in grobem Kies eingebettete Pflanzen. Dies führt selbstverständlich Meilen am eigentlichen Ziel, nämlich einer messbaren Abbauleistung von N- und P-Verbindungen, vorbei und hat demnach auch nur sehr wenig mit dem Funktionsprinzip eines „Bewachsenen Bodenfilters“ gemein. Dennoch können auch solche Anlagen optisch eine Bereicherung für das Teichumfeld darstellen.

An einem Teich hat es unser Bodenfilter also überwiegend mit dem Um- und Abbau von so genannten pflanzlichen Makronährstoffen zu tun. Es müssen feste und bereits in Wasser gelöste Ausscheidungen unserer Fische bewältigt werden, die wir über das tägliche Füttern einbringen. Direkt zu benennen sind Ammonium/Ammoniak, Nitrit, Nitrat und Phosphor-Verbindungen. Ammonium/Ammoniak und Nitrit vermag auch die Mikrobiologie eines herkömmlichen Teichfilters zu Nitrat umzusetzen. Dort endet aber der Weg des Stickstoffs bereits. Auch Phosphor-Verbindungen vermag ein herkömmlicher Filter nur sehr begrenzt in Form von Einlagerung in die Masse der Mikroorganismen (überwiegend Bakterienmasse) abzubauen. Da die Menge der Mikroorganismen im Filter direkt an das Nahrungsangebot gekoppelt ist und dieses Nahrungsangebot (tägliche Fütterung) wiederum relativ gleich bleibend ist, ist die biogene Speicherkapazität für Phosphor-Verbindungen schnell erschöpft.

Sowohl beim Stickstoff, als auch bei den Phosphaten, entsteht in Verbindung mit einem herkömmlichen Teichfilter egal welcher Bauart, kein Abbau. Nitrat verbleibt als Stoffwechselprodukt der Nitrifikation (Oxidation von Ammonium über Nitrit zu Nitrat durch Bakterien) im System „Teich“ und Phosphate werden bis zu einem gewissen Punkt in Biomasse akkumuliert. Beide Stoffe konzentrieren sich danach im Wasser auf.

Die ersten Anforderungen an unseren Bodenfilter definieren sich also wie folgt:

• Elimination der Stickstoffverbindungen aus dem Wasser über das Nitrat hinaus
• Langfristige Bindung der Phosphate
• Dauerhaft gute Bodendurchlässigkeit bei maximaler Substratdichte
• Störungsfreier und von der Jahreszeit unabhängiger Betrieb



Warum ein Bodenfilter mehr kann[anker:3.]

So einfach das Funktionsprinzip eines Bodenfilter auch sein mag, die Erfahrungen bei der Umlegung dieser Technik auf unsere Teiche haben gezeigt, dass man ohne etwas Know-how keine langfristigen Erfolge erzielen kann. Ein Loch mit Kies aufzufüllen, ein paar Pflanzen dazu und das Wasser von unten nach oben oder von oben nach unten hindurchzuleiten ist hierbei nicht der Weg zum Erfolg. Auch muss ein richtig ausgelegter Bodenfilter nicht mindestens die Fläche von 1/3 der Teichoberfläche vorweisen. Solche Dinge sind, wie bereits erwähnt, falsch verstandene Interpretationen, die mit dem wohlklingenden Begriff eines „Pflanzenfilters“ versehen werden.

Dabei spielt die Bepflanzung des Bodenfilters nur eine sehr untergeordnete Rolle und hat nicht einmal auch nur ansatzweise den Stellenwert, den man ihr bei so genannten „Pflanzenfiltern“ andichtet. Warum das so ist verdeutlichen folgende Zahlen:

• Die tägliche Fütterung von 100g proteinreichen Futters belastet das Wasser im Idealfall mit ca. 4,5g Stickstoff [N]. Das ist in etwa die Menge an Stickstoff, die die Fische während der Verdauung über die Kiemen und den Kot an das Wasser abgeben.

• Trockene Pflanzenmasse hat einen Stickstoffanteil von ca. 3%. Ausgehend von den 4,5g Stickstoff aus der Fütterung und diesen 3%, müssten also täglich ca. 150g trockene Pflanzenmasse wachsen um den Stickstoff darin unterzubringen.

• Nun sind unsere Pflanzen aber nicht trocken, sondern stehen gut im Saft; andernfalls könnten sie den anfallenden Stickstoff auch nicht verwerten. Ihr Wassergehalt beträgt etwa 95%, so dass umgerechnet 150g trockene Pflanzenmasse 3000g „lebender“ Pflanzenmasse entsprechen.

Um also alleine die Stickstoffracht der täglichen Futtermenge von 100g mittels Pflanzenmasse wieder aus dem Wasser heraus zu bekommen, müssen die Pflanzen im und am Teich ihre Masse ebenfalls um 3000g erhöhen. Und das täglich. Anders ausgedrückt, müsste man etwa jeden vierten Tag Pflanzenmasse in der Menge eines Strohballens aus dem Teich entfernen. Auch wenn das lediglich eine „Modellrechnung“ darstellt, wobei geringe stickstoffzehrende Prozesse einiger Mikroorganismen im Teich vernachlässigt werden, so veranschaulicht es doch deutlich, dass man mit Pflanzen alleine das Aufkonzentrieren des Nitratgehaltes eines Koi-Teichs nicht verhindern kann. Aus 4,5g Stickstoff entstehen übrigens etwa 20g Nitrat !!!

An diesem Punkt kann man nur auf den Nitratabbau durch Mikroorganismen setzen. Diese Mikroorganismen (denitrifizierende Bakterienarten) benötigen ein bestimmtes Milieu, ohne das sie dieser Aufgabe, dem Abbau von Nitrat zu z.B. gasförmigen Di-Stickstoff [N2], nicht nachkommen können. Sie benötigen zwingend einen anoxischen Lebensraum, also einen Bereich im Wasser der weitestgehend frei ist von gelöstem Sauerstoff, in dem jedoch gebundener Sauerstoff z.B. in Form von Nitrat [NO3] zur Verfügung steht. Solche Bereiche findet man normalerweise nicht im Koi-Teich selbst und auch nur sehr begrenzt in statischen Filtermedien wie Schaumstoffen. Vielmehr wird zum Wohl der Koi einiges unternommen, den Sauerstoffgehalt des Wassers auf einem hohen Niveau zu halten, was selbstverständlich oberste Priorität genießt.

Exakt solche anoxischen Bereiche stellt aber ein richtig angelegter bewachsener Bodenfilter den jeweiligen Bakterienarten zur Verfügung. Dies geschieht innerhalb des Bodenkörpers durch sich ständig ändernde Strömungsverhältnisse, begünstigt durch das Wurzelwachstum der Pflanzen. Nebenbei verrichtet ein Bodenfilter auch noch die gleichen Arbeiten, die in herkömmlichen Filteranlagen innerhalb der „biologischen Stufe“ im aeroben Milieu ablaufen; die bakterielle Oxidation von Ammonium zu Nitrat (=Nitrifikation) und die biogene Phosphatbindung. Darüber hinaus laufen im Bodenkörper auch chemische Prozesse ab, die z.B. eine zusätzliche Phosphatbindung durch Kalziumfällung und/oder Eisenfällung bewirken. Phosphate werden dabei in schwerlösliche Salze überführt und stehen somit den Algen als Nährstoffquelle nicht mehr zur Verfügung.

Im gesamten Bodenkörper bilden sich unzählige so genannte Mikro-Biozönosen aus. Das sind kleine und kleinste unterschiedliche Lebensräume die von ebenso unterschiedlichen und voneinander abhängigen Mikroorganismen besiedelt sind. Zu den Mikroorganismen zählen u.a. diverse Pilzarten, Bakterien, Protozoen (tierische Einzeller wie das bekannte Pantoffeltierchen) und auch Bakteriophagen. Diese immense Artenvielfalt ist es, was einen Bodenfilter von allen anderen bekannten Filterarten maßgeblich unterscheidet. „Nicht gegen die Natur arbeiten, sondern mit ihr und für sie“, lautet die Devise.

Das leistet also ein Bewachsener Bodenfilter am Koi-Teich:

• Mineralisation (Umbau) von organischen Stoffen zu anorganischen Verbindungen

• Stickstoffumbau zu Nitrat durch ammonium- und nitritoxidierende Bakterientätigkeit (NH4 -> NO2 -> NO3)

• Gesamtstickstoffabbau durch nitratreduzierende Bakterientätigkeit (NO3 -> N2)

• Langfristige Phosphatbindung durch Bildung schwerlöslicher und nicht algenverfügbarer Salze

• Dauerhafte Reduzierung pathogener Keime, Viren und Parasiten durch antagonistische Beziehung der vielen unterschiedlichen Mikroorganismen zueinander

• Kein Lebensraum für Fischparasiten, da kein Freiwasser vorhanden ist

• Ganzjährige Betriebsweise möglich und auch empfohlen




Wie ein Bodenfilter am Teich betrieben wird[anker:4.]


Bild

Anhand der Skizze ist zu erkennen wie der Wasserfluss beim Aufbau eines bewachsenen Bodenfilters angelegt sein sollte. Wichtigster Punkt hierbei ist der Einsatz einer effizienten Vorabscheidung, da ein Bodenfilter nicht mit festen Wasserinhaltsstoffen beschickt werden darf. Ansonsten läuft man Gefahr, dass der Filter schnell kolmatiert; also beginnt sich zuzusetzen.
Die Abscheidung fester Stoffe aus dem Teichwasser geschieht am besten über bereits bekannten Verfahren wie z.B. großzügig bemessene Absetzkammern, Vortex, Spaltsiebe und Siebfilter, aber auch leicht zu reinigende Konstruktionen mit Filterschaumstoffen sind denkbar. Verfahren, die mit einer Fest-Flüssigtrennung arbeiten, sind hierbei zu bevorzugen. Damit gemeint sind z.B. Spaltsiebe und Trommelfilter, bei denen Feststoffe aus dem Wasser heraus gelöst und separiert werden. Alles, was an organischen Feststoffen vor deren Mineralisation aus dem Wasser entfernt wird, belastet weder Filter noch Teich.

Die einfachste Variante einen kontinuierlich betriebenen Bodenfilter mit Wasser zu versorgen, ist in gepumpter Bauweise. Dabei wird der Filter, je nach Betriebsweise der Vorabscheidung (gepumpt oder Schwerkraft), entweder direkt mit einer Pumpe beschickt oder die Pumpe ist bereits vor der Vorabscheidung montiert und das Wasser wird lediglich noch zum Bodenfilter weiter geleitet. Auch ein kompletter Aufbau in Schwerkraft ist möglich. Hierbei sitzt dann die Pumpe am Ende des Bodenfilters in einer extra Kammer. Bei dieser Methode, die durchaus einige Vorteile bietet, sollte die Pumpe als Sicherheit gegen ein Trockenlaufen durch einen Niveauschalter geschützt sein.
Auch muss hierbei die Leistung der Pumpe zur Durchlässigkeit des Bodenkörpers und dessen sich verändernder Hydraulik passen. Eine Pumpe, deren Drehzahl/Leistung man manuell verändern kann ist also von Vorteil. Letztes gilt im Übrigen für jede Betriebsweise. Selbstverständlich kann man einen Bodenfilter, sollten große bewegte Wassermengen zwingend erforderlich sein, für die der angelegte Bodenkörper nicht ausgelegt wurde, auch im Bypass betreiben. An Möglichkeiten der individuellen Anpassung mangelt es bei diesem Verfahren nicht.

Beim Bau des Bodenfilters ist auch darauf zu achten, dass, wie in jedem anderen herkömmlichen Filter auch, ein Not-Überlauf vorhanden ist. Über eine in der Höhe variablen Verrohrung kann man den Notüberlauf der später erreichten und gewollten Aufstauhöhe leicht anpassen. Dies lässt sich auch ohne weiteres über den optional integrierten Spülschacht realisieren. Sollte der Bodenfilter, wie auf der Skizze, parallel zum Teich erbaut sein, dann kann man auch ohne Probleme auf einen extra Überlauf verzichten. Hierbei muss lediglich die dem Teich zugewandte Seite des Filters etwas niedriger aufgebaut sein als die vom Teich abgewandte. Bei einer Überstauung strömt das Wasser automatisch über den Rand des Bodenfilters in den Teich zurück. Auch kann man die Ränder des Filters so hoch anlegen, damit aufgestautes Wasser auch oberflächig zur geplanten Rücklaufstelle in den Teich strömt. Möglichkeiten, die Betriebssicherheit zu gewährleisten, sind einige vorhanden und auch hier kann der eigenen Kreativität freien Lauf gelassen werden.



Auslegung und Aufbau[anker:5.]


Bild
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Einlaufschotter

Rechts am Einlauf beginnend, wird das einströmende Wasser durch eine Schicht groben Schotters (z.B. Granitschotter 30-70mm) in den feineren Bodenkörper verteilt. Große Stücke so vor dem Rohr anordnen, dass kein Schotter in das Rohr gelangen kann.

Filtersubstrat

Der eigentliche Bodenkörper des Filters muss aus gebrochenem Blähtonsubstrat der Körnung 2-8mm, 4-8mm oder 2-10mm bestehen. Die Körnung 4-8mm ist am weitesten verbreitet und daher auch leichter zu beschaffen. Andere Materialien, wie z.B. Kies in ähnlicher Körnung oder grober, eignen sich dieses Vorhaben überhaupt nicht. Zum einen besitzen Kieselsteine im Vergleich zum gebrochenen Blähton eine deutlich geringere von Mikroorganismen besiedelbare Oberfläche, zum anderen ist Kies kein passendes Substrat für Pflanzen. Wurzeln finden an glatten runden Kieseln kaum Halt, was die mechanische Belastbarkeit der Pflanze gegenüber der Witterung (z.B. Wind) deutlich herab setzt. Außerdem beträgt das Volumengewicht (trocken) von Blähton ca. 500kg/m³, was etwa 2/3 weniger ausmacht als bei Kies (1600kg/m³). Es lässt sich also damit auch leichter arbeiten. Hinzu kommt noch, dass Blähton aufgrund seines Herstellungsverfahrens keinerlei toxische und auch keine organischen Stoffe in das Wasser eintragen kann. Er wird bei ca. 1200°C gebrannt und heraus kommt ein chemisch inertes und hygienisch einwandfreies Tongranulat. Blähton ist für bewachsene Bodenfilter an Teichanlagen aufgrund seiner vielen positiven Eigenschaften einfach das bessere Material.

Mit einem Bodenkörper aus Blähton sorgt man für die für relativ hohe Durchflussraten notwendige Durchlässigkeit des Bodens. Immerhin soll ja einiges an Wasser den Filter passieren können. Gleichzeitig hat man die Sicherheit, dass sich dieser Boden nicht mehr weiter verdichten wird und somit dessen hydraulischen Eigenschaften auch langfristig erhalten bleiben.

Beim Einbringen des Bodensubstrates ist darauf zu achten, dass dieses bis über die zu erwartende Einstauhöhe des Wassers hinaus reicht. Es kann auch eine obere Deckschicht aus Kies aufgebracht werden, wenn dies die optischen Anforderungen besser erfüllt. Freie Wasserflächen im Bodenfilter sind jedoch unbedingt zu vermeiden. Folgende Vorteile werden hierdurch erreicht:

• Kein Algenwachstum im Bereich der Filteroberfläche
• Abgestorbene Pflanzenteile ohne direkten Wasserkontakt (kein Nährstoffeintrag)
• Einfluss der Witterung wird reduziert (Isolierend im Winter und Sommer)
• Kein Freiwasser für Parasiten und badende Vögel

Dränagerohr und Spülschacht

Diese Verrohrung mit Dränagerohr ist nicht zwingend notwendig, stellt jedoch eine gewisse Sicherheit dar. Wurden beim Aufbau oder Langzeitbetrieb gravierende Fehler gemacht, so erhält man damit die Möglichkeit das System
a) trocken zu legen um Änderungen durchzuführen
b) mit wenig Aufwand durchzuspülen
c) nach langjährigem Betrieb von Mulm zu befreien

Der Spülschacht sollte sich am tiefsten Punkt des Filters befinden. Damit man eine handelsübliche Schmutzwasserpumpe darin unterbringen kann muss er in DN300 ausgeführt werden. Die Enden der Dränagerohre sind zu verschließen.

Rücklaufschotter

Hier wird genauso verfahren wie bereits beim Einlaufschotter beschrieben. Je nach individueller Gestaltung des Bodenfilters, kann der Rücklauf auch direkt in den Teich erfolgen. Aber auch dabei muss Schotter als Abschluss eingebracht werden, da sonst Teile des Blähton unbeabsichtigt in den Teich eingespült werden können.

Bepflanzung

Neben der eigentlichen Gestaltung der Grundform des Bodenfilters, ist das ein weiterer Punkt, bei dem man seiner Kreativität weitestgehend freien Lauf lassen kann. Dennoch sind auch hierbei ein paar wenige Punkte zu beachten:

• Pflanzdichte max. 6-8 Pflanzen/m²
• Schilf als Leitpflanze (Anteil >80%, Phragmites australis `Humilis´ od. `Variegatus´)
• Bodendeckende Arten sind ungeeignet
• Wurzelballen der Pflanzen vor dem Einsetzen von Erde befreien
• Iris-Arten nur vereinzelt im Randbereich pflanzen (zu ausgeprägtes feines Wurzelwerk)



Pflege und Wartung[anker:6.]

Ist der Bodenfilter richtig aufgebaut und dimensioniert und wird auch bestimmungsgemäß betrieben, ist nichts weiter zu tun. Gegen Ende des Jahres, wenn die Pflanzen ihr braunes Winterkleid angelegt haben, sollte man diese bis auf den Boden zurückschneiden und auf dem Bodensubstrat auslegen. Die Pflanzenreste also bitte nicht sofort entsorgen, denn sie werden noch als Isolationsmaterial für die Wintermonate dienen. Wenn das nächste Frühjahr naht, können sie endgültig entsorgt werden. Über die Wintermonate kann man dann auch die Pumpenleistung reduzieren. Den Bodenfilter im Winter und über mehrere Monate stillzulegen sollte man vermeiden, da es hierfür absolut keine Veranlassung gibt. So kann man nun die Fische auch in der Winterzeit mit dem notwendigen Futter versorgen, ohne dabei permanent die Wasserwerte im Auge behalten zu müssen.



Viel Erfolg !!!


Wer zu diesen Punkten etwas wissen möchte, findet hier eine Möglichkeit dazu.


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