Tagungsband " Bau und Betrieb von Hauskläranlagen" Emmelshausen 2003

Bau- und Betriebserfahrung mit Pflanzenkläranlagen


Einführung

Pflanzenkläranlagen bilden mit den klassischen Abwasserteichen die Familie der naturnahen Klärsysteme. Aus den frühen Landbehandlungssystemen Hangverrieselung und Abwasserverregnung entstanden, wurden Mitte der 60er Jahren in erster Linie von Frau Dr. Käthe Seidel in Krefeld die ersten Versuche zur Abwasserereinigung mit höheren Wasserpflanzen (Helophyten) unternommen. Aus den damals vielversprechenden Ergebnissen entwickelte sich bis heute ein leistungsfähiges Verfahren, das unter dem Namen Pflanzenkläranlage oder Bewachsener Bodenfilter allgemein bekannt ist. Das ATV-Arbeitsblatt 262 beschreibt allgemein verbindlich den Rahmen für Planung, Bau und Betrieb der Anlagen. Es besteht aber auch Spielraum für sinnvolle Ergänzungen, so dass sich die am Markt etablierten Systeme in Bau und Betrieb ge-ringfügig unterscheiden. Um hier Verwirrungen auszuschließen soll die gesamte Kläranlage im Folgenden als Pflanzenkläranlage und der Filterkörper als Bodenfilter bezeichnet werden.


Anlagenaufbau

Alle Systeme folgen dabei dem Grundprinzip, dass das zu reinigende Abwasser den Bodenfilter durchströmt. Um dieses über Jahrzehnte zu gewährleisten, steht im System Pflanzenkläranlage die mecha-nische Vorreinigung des Abwassers an erster Stelle. Zum Einsatz kommen hier i. d. R. Mehr-kammerabsetzgruben. Filtersäcke und Vererdungsbeete stellen Alternativen dar. Alle haben die Aufgabe, die Feststoffe und Partikel aus dem Abwasser weitestgehend zu eliminieren. Der so zurückgehaltene Primärschlamm wird je nach System weiterbehandelt oder einer Verwertung zugeführt.

Der Vorreinigung nachgelagert ist das Beschickungssystem. Je nach topographischen Gege-benheiten werden Abwassertauchpumpen oder mechanisch arbeitende Schwallbeschicker eingesetzt. Beide Systeme gewährleisten neben einer gleichmäßigen Verteilung des Abwassers auf der Filterfläche eine intermittierende Beschickung des Bodenfilters. Dies erzwingt Trockenphasen auf der Beetoberfläche, was zu einem vermehrten Sauerstoffeintrag in den Wurzelraum führt und somit das zur Abwasserreinigung notwendige Milieu herstellt.

Das Herzstück der Pflanzenkläranlage bildet der Bodenfilter. Grob unterschieden wird hier nach der Durchströmungsrichtung und dem Schichtenaufbau zwischen Horizontal- und Vertikalfilter. Nach der Verteilung des Abwassers im jeweiligen Einlaufbereich durchströmt das schweb-stoffarme Abwasser den Bodenfilter horizontal oder vertikal. Die Oberfläche des aus mehreren Körnungen zusammengesetzten Bodenfilters dient den durch das Abwasser eingetragenen Mikroorganismen als Siedlungsfläche. Im weiteren Betrieb werden die Kleinstlebewesen in der Anlage sesshaft und ernähren sich von den fortan eingetragenen Schmutzstoffen.

Die Pflanzen verhindern durch die Ausbreitung ihres Wurzel- und Rhizomsystems langfristig eine Verstopfung des Bodenkörpers und sorgen so für die Langlebigkeit der Anlage. Zudem unterstützen sie die Sauerstoffversorgung des Wurzelraumes, die allerdings in erster Linie aufgrund konstruktiver Eigenschaften der Anlage gesichert wird. Das nach Verlassen der Anlage mechanisch-biologisch gereinigte Abwasser kann problemlos in einen naheliegenden Bach oder nach Prüfung der standörtlichen Gegebenheiten in den Untergrund versickert werden. Unter dem Begriff Pflanzenkläranlage sind mittlerweile die verschiedenen Bauarten, die sich vor allem im Beetaufbau, in der Art der Beschickung, der Wahl der Vorklärung und der Substratzusammensetzung unterscheiden, zusammengefasst. Aus der Vielzahl der verschiedenen Systeme lässt sich bereits erkennen, dass die Pflanzenkläranlage kein Schubladenprodukt darstellt, sondern individuell auf den jeweiligen Standort und auf die Art und Menge des anfallenden Abwassers zugeschnitten ist. Es handelt sich dabei um ein Ingenieurbauwerk und setzt ingenieurmäßiges Vorgehen bei Berechnung, Konstruktion, Bauausführung und Betreuung des Betriebs voraus.


Bauausführung

Neben der zielgerichteten Planung und Dimensionierung der Pflanzenkläranlage auf den Bedarfsfall kommt der Bauausführung ein Hauptaugenmerk zu. Die Koordination der einzelnen Bauabläufe wie auch die Auswahl der aufeinander abgestimmten Materialien sollte daher unbedingt mit dem Planer der Anlage oder eine anderen qualifizierten Fachperson abgestimmt werden. Wichtige Punkte sind hierbei die Systemkomponenten Vorklärung, Beschickungssystem, Filtermaterial und Pflanzen. Ist dies gewährleistet, kann die Ausführung von Tiefbau- Baggerunternehmen, Lohnunternehmen oder vom Bauherren selbst durchgeführt werden.

Bei der Vorklärung wird das erforderliche Volumen vom Planer errechnet. Bei Neubauten empfehlen sich Dreikammerabsetzgruben mit einem Mindestvolumen von 0,5 m³ pro planerisch anzuschließendem Einwohner (Gesamtmindestvolumen 3 m³). Um die Dichtigkeit der Dreikam-mergrube dauerhaft zu garantieren ist der Einsatz von monolithischen Gruben anzuraten. Dreht es sich allerdings nur um die Nachreinigung einer bestehenden Vorklärung kann diese bei ausreichendem Volumen und gutem baulichen Zustand beibehalten und somit in das neue Klärkonzept eingebunden werden.

Die Beschickungseinheit (Abwassertauchpumpe oder Schwallbeschicker) sollte in einem separaten Schacht untergebracht sein. So ist die Gefahr des Transports von abgetriebenem Schlamm minimiert und die Zugänglichkeit gesichert. Die Justierung der dimensionierten Abwassermenge pro Intervall ist vor Inbetriebnahme einzustellen.

Zum Aushub des Bodenfilters ist ein maßgenauer Aushubplan zu erarbeiten und der ausführen-den Baufirma oder dem Bauherren auszuhändigen. Hier muss neben dem Grundmaß des Filters vor allem die Topographie des umliegenden Geländes und die Einbindung ins Landschafts-bild beachtet werden. Die Dichtungsfolie ist bei Hauskläranlagen nach Möglichkeit als vorkon-fektionierte Folie zu beziehen. Denn Verschweißungen vor Ort sind kostenintensiv und verlangen aufwändige Dichtheitsprüfungen.

Nach Auswahl eines genügend durchlässigen und leistungsfähigen Filtermaterials muss dieses in den vorgegebenen Schichtstärken ohne Verdichtung eingebaut werden. Ein maschinelles Verdichten jeglicher Art ist zu vermeiden. Die ausgewählten Pflanzen (Phragmites australis) sollten bereits zwei Jahre vorgezogen sein. Somit ist ein schnelles Anwachsen sichergestellt.

Zahlreiche der vom Verfasser geplanten und betreuten Pflanzenkläranlagen sind nach dieser Vorgehensweise entstanden. Beispielsweise wurden in der Verbandsgemeinde Emmelshausen in den vergangenen Jahren sechs Pflanzenkläranlagen (die zwei gut frequentierten Gasthäuser Eckmühle und Hierenmühle sowie vier Einzelanwesen im Außenbereich) in Zusammenarbeit mit einem ortsansässigen Baggerbetrieb realisiert. Ein weiterer Grundstückseigentümer wählte den Weg der Eigenleistung. Auch hier erfolgte die Betreuung durch den Verfasser. Somit blieb trotz hoher Eigenleistung die volle Garantie für die Funktion der Kläranlage unangetastet.

Die Kostenersparnis durch Eigenleistung ist von vielen Faktoren abhängig und daher schwierig zu beziffern. Zum Einen hängt es von den persönlichen Fähigkeiten und technischen Möglich-keiten des einzelnen Bauherren ab. Zum Anderen davon, wie er sich und seine Helfer (oft Fami-lienangehörige oder Nachbarn) selber entlohnt. Beziffert man den eigenen Stundenlohn auf ca. 15.-- €, liegt die Einsparung zwischen 20 und 30 Prozent, abhängig von dem Ausmaß des Gesamtprojektes.


Betrieb und Wartung

Inbetriebnahme

Pflanzenkläranlagen sind generell einfach und wartungsarm zu betreiben. Auf Grund des Ver-zichts auf technische Einrichtungen zur Steuerung der Klärprozesse sind die Fehlerquellen minimiert. Die Anlagen können unmittelbar nach Baufertigstellung in Betrieb genommen werden. Auf Grund des Eintrags der abwasserrelevanten Mikroorganismen in den Bodenfilter bildet sich auf den Körnungen sofort ein biologisch aktiver Rasen. Monatliche Messungen in den kommunalen Pflanzenkläranlagen Dorweiler (350 EW) und Eveshausen (150 EW) in der Verbandsgemeinde Kastellaun (Landkreis Simmern) zeigten von Beginn an Reinigungsleistungen in den relevanten Parametern CSB und BSB5 sowie Ammonium-Stickstoff von über 90 Prozent.


Wartung

Bei entsprechender Einweisung und Aushändigung von ausführlichen Betriebs- und Wartungshinweisen kann der/die Betreiber/in die regelmäßigen Sichtprüfungen selbständig durchführen. Der Abschluss eines Wartungsvertrages mit fachkundigen Betreuern (z. B. Planer, Gemeindepersonal mit entsprechender Ausbildung, externe Wartungsfirma, etc.) ist aber dennoch (zumindest für die ersten Jahre) zu empfehlen. In diesem Zuge erfolgt i. d. R. auch die Analyse einer Abwasserprobe. Diese sollte in den ersten Jahren mindestens einmal jährlich erfolgen. Die Ergebnisse werden in einem Betriebstagebuch eingetragen. Der Schlamm aus der ersten Kammer der Vorklärgrube muss nach Bedarf geleert werden. Mit Hilfe eines Schlammspiegelmessrohres kann die Schlammenge in der Mehrkammergrube gemessen werden. Somit lässt sich der optimale Zeitpunkt zur Leerung feststellen. Die Leerung wird somit nicht mehr jährlich (unabhängig von Füllungsgrad) sondern erfahrungsgemäß alle zwei bis drei Jahre notwendig sein. In Niedersachsen wird dieses Verfahren bereits seit einigen Jahren erfolgreich angewendet. Der Pflanzenbewuchs sollte je nach Intensität alle zwei bis drei Jahre 10 - 15 cm oberhalb der Beetoberfläche gemäht und geräumt werden. Somit ist gewährleistet, dass der Hauptsauerstoffeintrag in den Wurzelraum über Konvektion (Wind) freigehalten wird.

Über 200 Pflanzenkläranlagen in Hessen/Rheinland-Pfalz (davon allein 20 in den Verbandsgemeinden Kastellaun und Emmelshausen) wurden bisher vom unserem Ing.Büro geplant und betreut. Sämtliche Anlagen werden bis heute von den jeweiligen Bauherren erfolgreich betrie-ben. Um dies rechtlich zu sichern, wird in den Verbandsgemeinden immer häufiger von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Abwasserbeseitigungspflicht von Dritten, in diesem Fall dem Grundstückseigentümer, ausüben zu lassen. Geregelt wird dies über den Weg der öffentlich rechtlichen Vereinbarung zwischen Gemeinde und Bauherren, in der alle Rechte und Pflichten im Zusammenhang mit der Abwasserentsorgung durch den Bauherren aufgeführt sind. In letzter Instanz verantwortlich bleibt jedoch die Gemeinde.

Die Betriebskosten setzen sich aus den Abfuhrkosten des Fäkalschlammes (max. 0,5 x pro Jahr 2 m²), den Wartungskosten (max. 100,-€ / pro Jahr) sowie den evtl. Stromkosten für die Abwassertauchpumpe (max. 10,- € / pro Jahr zusammen. Es lässt sich also mit max. 150,- € pro Jahr eine Pflanzenkläranlage betreiben. Kommunale Pflanzenkläranlagen können nach entsprechender Einweisung vom Klärwerkspersonal einfach betrieben und überwacht werden. Als Beispiel seien hier nochmals die Pflanzenkläranlagen Dorweiler und Eveshausen in der Verbandsgemeinde Kastellaun genannt.

Zur Reinigung häuslicher Abwässer (ob privat oder kommunal) sind Pflanzenkläranlagen bereits tausendfach erprobt und längst keine Randerscheinung mehr. Mittlerweile liegen bereits Erfah-rungen von der Reinigung landwirtschaftlicher Produktionsabwässer wie Melkhaus-, Schlachthaus-, Käserei-, Weinbauabwässer und zum Wasserrecycling auf Waschplätzen vor.
Weitere Standortadressen realisierter Pflanzenkläranlagen (Baujahre 1993 bis 2003) zur Besichtigung können beim Verfasser erfragt werden.

Verfasser
Dipl.-Ing. Christian Schulz
Ingenieurgesellschaft Janisch & Schulz mbH
Bahnhofstraße 15
35516 GambachTel. 0 60 33 / 7 45 29 – 0
e-mail: schulz@janisch-schulz.com