Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei stehenden oder sehr langsam flie\u00dfenden Gew\u00e4ssern stellt die Phosphorelimination ein ungel\u00f6stes Problem kleiner Kl\u00e4ranlagen dar. Die Ziele dieses Vorhabens waren die \u00dcberpr\u00fcfung der Eignung Bewachsener Bodenfilter als kostensparende L\u00f6sung f\u00fcr die Sanierung von Kl\u00e4ranlagen im Einzugsgebiet empfindlicher Oberfl\u00e4chengew\u00e4sser, die Erprobung eines neuen Verfahrens zur Reduzierung der Restkonzentrationen von Phosphor im Kl\u00e4ranlagenablauf, die Reduzierung des Abfallaufkommens im Wasser- und Abwasserbetrieb durch Verwertung von Eisenschl\u00e4mmen aus der Trinkwasseraufbereitung f\u00fcr die weitergehende Phosphor (P)-Eliminierung, die Entwicklung eines innovativen Steuerungssystems zur hydraulischen Regelung und \u00dcberwachung kleiner Kl\u00e4ranlagen, die Erprobung innovativer Messtechnik sowie der Nachweis des Stands der Technik bei vertikal durchstr\u00f6mten Bewachsenen Bodenfiltern zur Erh\u00f6hung der \u00dcbertragbarkeit.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Umsetzung der oben genannten Ziele wurden praxisgerechte Untersuchungen an zwei kommunalen Kl\u00e4ranlagen durchgef\u00fchrt. Die Teichkl\u00e4ranlage Wiedersberg im Einzugsgebiet der TW-Talsperre Dr\u00f6da, Sachsen, wurde vom Land als Pilotanlage f\u00fcr den Trinkwasserschutz als Pflanzenkl\u00e4ranlage f\u00fcr 145 Einwohnerwerte (EW) umgebaut. Die Anlage ist speziell auf die Keim- und P-Elimination ausgelegt. Die Restkonzentration an Phosphor wurde mit Hilfe eines nachgeschalteten Filters unter Verwendung von Sanden aus der TW-Enteisenung minimiert. Vom ZWAV wurden im Rahmen des Vorhabens alle Reinigungsstufen intensiv beprobt. Vergleichende Untersuchungen wurden an der Kl\u00e4ranlage Kappe im Kreis Oberhavel, Brandenburg, f\u00fcr 200 EW von den SZ durchgef\u00fchrt. Bei dieser Anlage wurde vom TAZ ein Bewachsener Bodenfilter zur Absicherung der P-Gehalte im Ablauf einer technischen Kl\u00e4ranlage einge-setzt. Zus\u00e4tzlich wurden verschiedene Untersuchungen an Bodens\u00e4ulen durchgef\u00fchrt, um die Sorption-seigenschaften von Filtersanden, gebrauchtem Wasserwerkskies und anderen Recyclingprodukten zu testen. Die Akkumulation und Verteilung von Phosphor, Eisen, Aluminium und Kalzium sowie von Schwermetallen in verschiedenen Bodenfiltern wurde direkt aus den Bodenproben bestimmt.
\nHHL Elektronik, Berlin, entwickelte einen angepassten Datenlogger mit Fernsteuerungsfunktionen zur hydraulischen Regelung, Messung und Aufzeichnung von Daten. Zur Beschickung verschiedener Felder des vertikal durchstr\u00f6mten Bodenfilters wurden die online erfassten Parameter: O2-Gehalt im Ablauf sowie die Wasserspannung des Bodens erprobt. Zus\u00e4tzlich waren kurzzeitig eine Redox- und NH4-Sonde im Einsatz. Auf der Kl\u00e4ranlage Wiedersberg konnten verschiedene Betriebseinstellungen mit den hinter-einander geschalteten Bodenfiltern getestet werden. So wurde der R\u00fccklauf in die Vorkl\u00e4rung zwecks vorgeschalteter Denitrifikation gepr\u00fcft und die Verbesserung der Denitrifikation durch Beimischung abgesetzten Wassers aus der Vorkl\u00e4rung in den nachgeschalteten Horizontalfilter untersucht. Tracerversuche dienten der \u00dcberpr\u00fcfung der Verweilzeiten in den einzelnen Bodenfiltern. In Wiedersberg wurden parallele Untersuchungen drei weiterer Teilprojekte des Forschungsverbundes zu den Themen Hygiene, Nitrifikation und Kolmation durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Folgende Ergebnisse konnten schwerpunktm\u00e4\u00dfig in diesem Teilprojekt herausgearbeitet werden:
\nDie Untersuchungen zur R\u00fcckhaltung von Phosphor in Bewachsenen Bodenfiltern zeigten, dass diese zwar anf\u00e4nglich eine sehr hohe Retentionsleistung aufweisen k\u00f6nnen, aber nicht auf eine dauerhafte weitergehende Reinigungsleistung zu bemessen sind. Bodenfilter mit erh\u00f6hten Gehalten an Eisen- und Aluminiumhydroxiden und Kalzium zeigten erwartungsgem\u00e4\u00df die besten Retentionseigenschaften. Besonders im Zulaufbereich wurden erh\u00f6hte Phosphorgehalte gemessen. Bei der Fraktionierung der P-Verbindungen in tieferen Schichten wurde in jeder Fraktion ein bedeutender Anteil organischer Komplexverbindungen gefunden. Aus den Versuchen konnten keine Modelle f\u00fcr die Prognose der langfristigen Leistungsf\u00e4higkeit bez\u00fcglich der Phosphor-Retention entwickelt werden. Die komplexen Vorg\u00e4nge in einem Bewachsenen Bodenfilter lassen sich offenbar nicht mit kurzfristigen Adsorptionsversuchen nachbilden. Eine Absicherung weitergehender Anforderungen an die Phosphor-Retention kann aber wirksam \u00fcber nachgeschaltete Phosphor-Filter erzielt werden. Diese wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens erstmalig in der Praxis erprobt. Dabei wurde eisenhaltiger gebrauchter Kies aus der Trinkwasserenteisenung eingesetzt.
\nInsgesamt war die Retentionskapazit\u00e4t von nicht abgelagertem frischem Kies aus dem Trinkwasserprozess am gr\u00f6\u00dften. Bei der Suche nach weiteren geeigneten Recyclingstoffen f\u00fcr die Phosphorbindung wurden in S\u00e4ulenversuchen mit granulierter Hochofenschlacke vergleichbare Ergebnisse erzielt. Aufgrund dessen wurde dieser Sekund\u00e4rrohstoff mit einer erwarteten P-Bindungskapazit\u00e4t von rund 1.500 g\/m\u00b3 erstmalig in der Praxis zu diesem Zweck eingesetzt.Die Untersuchungen der Kl\u00e4ranlage Wiedersberg zeigten, dass mit dem Konzept hintereinander geschalteter Bodenfilter Kohlenstoff, Keime und Stickstoff in hohem Ma\u00dfe eliminiert werden konnten. Durch Anwendung der vorgeschalteten Denitrifikation konnte die Gesamtreinigungsleistung bez\u00fcglich Stickstoff bei R\u00fcckf\u00fchrungsverh\u00e4ltnissen (RV) von 1 bis 2 um 20 bis 30 Prozent gesteigert werden. Der positive R\u00fcckf\u00fchrungseffekt wurde durch eine verringerte Denitrifikationsleistung im vertikal durchstr\u00f6mten Bodenfilter bei h\u00f6heren RV aber wieder abgeschw\u00e4cht, so dass gr\u00f6\u00dfere RV als 2 nicht mehr sinnvoll erscheinen. Versuche zur Beimischung abgesetzten Wassers als Kohlenstoffquelle in den nachgeschalteten Horizontalfilter zeigten, dass die Denitrifikation kohlenstofflimitiert war.
\nDie Untersuchungen zur hydraulischen Regelung zeigten eine gute Eignung der Sauerstoffelektrode zur \u00dcberwachung des Sauerstoffhaushalts der Vertikalfilter. Als kosteng\u00fcnstige L\u00f6sung f\u00fcr die kontinuierliche \u00dcberwachung eignet sich auch eine Redox-Elektrode.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
–\tRustige, H., Sch\u00fctte, H. (2000): Phosphorelimination in Bewachsenen Bodenfiltern. Stand der Technik und Innovation f\u00fcr die Praxis bei Bewachsenen Bodenfiltern. Fachtagung 26.9.2000, Celle.
\n–\tRustige, H., Platzer, Chr. (2001): Nutrient removal in subsurface flow constructed wetlands for application in sensitive regions. Water Science & Technology 44 (11-12): 149-155
\n.-\tRustige, H., Platzer, Chr. (2001): Phosphorelimination in Bewachsenen Bodenfiltern. Wasser & Boden 53 (3): 11-15
\n–\tRustige, H., Tomac, I., H\u00f6ner, G. (2003): Investigations on Phosphorus Retention in Subsurface Flow Constructed Wetlands. Water Science & Technology (in Vorbereitung).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Eine gesicherte Bemessung Bewachsener Bodenfilter mit langfristiger Phosphor-Retention ist nicht m\u00f6glich. Sollen Kl\u00e4ranlagen auf einen \u00dcberwachungswert ausgelegt werden, so empfiehlt sich aus Gr\u00fcnden der Betriebssicherheit ein nachgeschalteter Phosphor-Sorptionsfilter mit frischem gebrauchtem Kies aus der Trinkwasserenteisenung oder mit granulierter Hochofenschlacke.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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