Sauerstoffhaus­halt und Einlagerung von Feststoffen in Pflanzenbeeten - langfristige Entwicklung von Pflanzenkläran­lagen

Finanzierung	Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie
Bearbeitungszeitraum	1999 - 2001
Projektleiter	Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Lützner
Projektbearbeitung	Dipl.-Ing. Volker Müller
Kooperationspartner	Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.V.

Einführung

Bisher durchgeführte Untersuchungen an Pflanzenkläranlagen auf der Basis von Zu- und Ablauffrachten gestatten keine Detailaussagen. Durch die Erweiterung der Messungen im laufenden Projekt auf die Prozesse, die im Bodenkörper ablaufen, besteht die Möglichkeit, neben der Sammlung weiterer Informationen für die Schließung von Bilanzlücken zu einem tieferen Verständnis der Prozesse im Bodenkörper zu gelangen. Weiterhin stehen das Verhältnis von Sauerstoffeintrag und Sauerstoffbedarf im Tagesverlauf und das Erkennen von Überlastungen und deren Auswirkungen auf die Einlagerung von Feststoffen im Bodenkörper im Mittelpunkt des Interesses.

Entsprechende Untersuchungen wurden an der weitgehend funktionstüchtigen Pflanzenkläranlage Jiedlitz durchgeführt, von der bereits umfangreiche Messwerte vorlagen. Zur Ermittlung von Grundlagen wurde darüber hinaus eine labortechnische Versuchsanlage erstellt, die aus zwei intermittierend beschickten Reaktoren mit jeweils einschichtigem Filteraufbau nach ATV A 262 (1998) bestanden. Reaktor 1 wurde ohne Bepflanzung entsprechend einer Neuanlage bzw. eines sandigen Bodenfilters betrieben, Reaktor 2 enthielt einen aus der Pflanzenkläranlage Jiedlitz entnommenen Bodenmonolithen inklusive Bepflanzung. Die Möglichkeit der Einstellung definierter Randbedingungen und die Möglichkeit zur Gewinnung von horizontalen Bodenproben lassen sich als entscheidende Vorteile gegenüber Untersuchungen an Praxisanlagen anführen. Die Ergebnisse aus den labortechnischen Untersuchungen sollten durch den Vergleich mit den Daten der Praxisanlage überprüft werden.

Der praktische Bearbeitungszeitraum des Projektes erstreckte sich von November 1999 bis November 2000, so dass der Betrieb einer Pflanzenkläranlage gegenüber den bisher vorliegenden Untersuchungen auch im Sommer dokumentiert werden kann. Der Untersuchungszeitraum umfasst einen Jahreszyklus, womit der Betrieb einer Pflanzenkläranlage gegenüber den bisherigen Untersuchungen auch im Sommer dokumentiert werden kann.

Zusammenfassung

In Fortführung der Bewertung von Leistungsdaten und der Betriebssicherheit von Pflanzenkläranlagen sowie dem langfristigen Betriebsverhalten von Pflanzenkläranlagen wurden vom Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der TU Dresden seit Oktober 1999 weitergehende Untersuchungen zum Sauerstoffhaushalt und zur Einlagerung von Feststoffen in Pflanzenbeeten durchgeführt. Das dabei integrierte Problem der Gas- und Wasserhydraulik in Pflanzenbeeten wurde gemeinsam mit dem Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.V. bearbeitet.
Ziel der Untersuchungen war es, weitergehende Aussagen zu folgenden Punkten abzuleiten:

• geschlossene Bilanzierung des Systems Pflanzenkläranlage
• Sauerstoffhaushalt im zeitlichen und räumlichen Verlauf im Bodenkörper
• Ausnutzung des eingetragenen Sauerstoffs
• belastungsabhängige Aufteilung in aerobe/anoxische/anaerobe Zonen
• Überprüfung von Temperaturabhängigkeiten und
• weitergehende Aussagen zur Nutzungsdauer des Bodenkörpers.

Es wurde eine labortechnische Versuchsanlage mit zwei Bodensäulen errichtet und bei weitgehend konstanter Temperatur betrieben. Für eine Bodensäule wurde ein technischer Sand verwendet, das Material für die zweite Bodensäule wurde aus den oberen Schichten der Pflanzenkläranlage Jiedlitz ungestört entnommen. Der Schichtaufbau und das Bodenmaterial orientierte sich weitgehend an den Empfehlungen des ATV-A 262 (1998). Als Praxisanlage wurde die Pflanzenkläranlage in Jiedlitz (vertikal durchflossene Pflanzenkläranlage des Typs „Phytofilt MS“, Betriebszeit zu Versuchsbeginn 4,5 Jahre) über einen Jahreszyklus untersucht. Über stichprobenartige Bodenproben wurden zwei weitere Pflanzenkläranlagen in die Untersuchungen einbezogen.

An der Praxisanlage traten im Untersuchungszeitraum Betriebsprobleme auf. Diese äußerten sich in der bereits bekannten zeitweisen Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit des Zu- bzw. Ablaufhebers, die im Falle des Zulaufhebers zu ungleichmäßiger Belastung der Beetoberfläche und in der Folge zu einem partiellen Überstau der Anlage (ca. bis ¼ der Gesamtfläche) führten. Auf Grund der Wassermengenmessung, der Reinigungsleistung sowie der Bilanzierung wurde festgestellt, dass es durch Infiltration von Grundwasser infolge undichter Beetabdichtungen sowie durch Fremdwassereintrag bei Regenereignissen zu einer Verdünnung des Ablaufs sowie zum Nitrateintrag gekommen ist.

Die Reinigungsleistungen der intensiv untersuchten Anlagen erfüllten jederzeit die Anforderungen an Kläranlagen der GK 1. Die Betriebsweise ohne Einstau der Drainage erwies sich für den aeroben Betrieb eines Bodenfilters zum Kohlenstoffabbau als Vorzugsvariante, auch wenn dadurch der Effekt der Denitrifikation zurückgeht. In dieser Betriebsphase wurden die niedrigsten Ablaufwerte bzgl. Ammonium bei gleichzeitig hohen Nitratablaufwerten erreicht. Bei Verschlechterung der aeroben Bedingungen im Bodenfiltern auf Grund der Zulauf- bzw. Betriebsbedingungen wurde ein Anstieg der Nitritkonzentrationen bzw. -frachten im Ablauf beobachtet. Die Bildung von Nitrit ist wegen der Toxizität auf Organismen im Gewässer als kritisch anzusehen, auch in Zusammenhang mit diskontinuierlicher Abwassereinleitung sowie der Problematik kleiner Vorfluter im ländlichen Raum.

Weiterhin wurde bei Änderungen der Alkalität (Regenereignisse) bzw. bei Erniedrigung der Gleichgewichtskonzentrationen im Bodenwasser die Rücklösung sowohl von adsorbiertem Phosphat (Säule 1) als auch Nitrat (alle Anlagen) beobachtet. Die Eignung von Pflanzenbeeten für eine gezielte Nährstoffentfernung ist daher kritisch zu sehen, wenn der Zutritt von Fremdwässern nicht zuverlässig ausgeschlossen werden kann.

Die modellgestützten Untersuchungen zur Bodenwasserhydraulik in abwasserdurchströmten Bodenkörpern erfolgten mit der Zielstellung, einen Beitrag zum Verständnis der Stofftransportprozesse, des Gashaushalts und der Veränderung der Bodeneigenschaften zu leisten.

Als wichtigste Eingangsgrößen für die hydraulische Modellierung der ungesättigten Bodenwasserströmung sind neben der Geometrie die hydraulischen Randbedingungen und die Bodenparameter zu nennen. Dazu wurden von den modellierten Bodenschichten die hydraulischen Zustandsfunktionen im Labor bestimmt und mit der Modellierung überprüft. Es konnten die ermittelten Parameter der Retentionsfunktion weitgehend bestätigt werden.

Die durchgeführten Parameteranpassungen beschränkten sich i. A. auf eine grafische Näherung. Für die Bodensäule 1 konnte mit einer globalen Parameteroptimierung gezeigt werden, dass durch den geringen Informationsgehalt der Bestimmung des Wassergehalts mit Hilfe von TDR Messungen in den unteren Messebenen eine sichere Identifikation des Parameters Ks nicht möglich ist. Für den Nachweis der Identifizierbarkeit der Parameter sind weiter Untersuchungen (Sensitivitätsanalysen) in Abhängigkeit der Prozessdynamik (Beschickungsregime) erforderlich.

Auf der Grundlage der verifizierten Modelle erfolgte eine Bestimmung der Transporteigenschaften der Bodenfilter durch die Modellierung von Tracerversuchen. Für den locker geschütteten technischen Filtersand der Laborsäule 1 war die Schätzung der Dispersivität aus der Kornsummenlinie eine ausreichende Näherung. Die für die Wurzelschicht der Laborsäule 2 ermittelte Dispersivität lag, bedingt durch biologische Einflüsse (Bioturbation), deutlich höher im Bereich der Dispersivitäten natürlicher Kiese und Sande. Dies kann zu einer stärkeren Vergleichmäßigung und Dämpfung von Konzentrationsspitzen im Ablauf der Bodenfilter und einer höheren Betriebssicherheit gegenüber Konzentrationsstößen führen. Entscheidend ist jedoch die Sauerstoffversorgung. In diesem Zusammenhang wurde im Rahmen der Tracerversuche eine Erhöhung der mittleren Aufenthaltszeiten um 27 h nach einer Betriebszeit von 11 Monaten am Beispiel der Laborsäule 1 ermittelt.

Die Reaktionen des Bodenwasserhaushalts auf impulsartige Beschickungen fallen bedingt durch die stark verschiedenartigen Bodeneigenschaften der Laborsäule 1 und der Wurzelschicht der Laborsäule 2 unterschiedlich aus. Die Laborsäule 1 wies auch am Ende des Untersuchungszeitraums von 15 Monaten noch sehr gute Entwässerungseigenschaften auf. Das Filtermaterial reagiert auf die Beschickungen mit einem sehr starken Gradienten im Wassergehalt. Dies ist als günstig einzuschätzen, da hohe Wassergehalte nur im obersten Bodenhorizont (Teufe < 5 cm) auftreten und eine schnelle Wiederbelüftung erfolgen kann. Der mittlere Luftgehalt der Laborsäule 1 beträgt O_L = 0,28, daraus ergibt sich der mittlere Diffusionskoeffizient D_0,O2 zu ~ 5 · 10^-6 m²/s (Luckner und Schestakow, 1991).

An der Laborsäule 2 bewirkt der höhere Feinkornanteil einen höheren Restwassergehalt des Bodens und verringert somit die hydraulisch nutzbare Porosität. Bedingt durch die schlechtere Entwässerbarkeit reagiert die Wurzelschicht sehr empfindlich auf eine erhöhte hydraulische Belastung. Der Wassergehalt der Wurzelschicht sank bei einer hydraulischen Belastung von 27 mm/d in der dritten Untersuchungsphase nicht unter O_w > 0,20. Der Bodenluftgehalt O_L betrug O_L(t) < 0,13. Nach Literaturangaben ist ab einem Luftgehalt von O_L < 0,10 mit dem Verlust zusammenhängender luftgefüllter Poren zu rechnen (Scheffer und Schachtschabel, 1992). Der Diffusionskoeffizient für O₂ entspricht dann etwa dem Diffusionskoeffizienten von O₂ im Wasser mit D_W,O2 ~ 1 · 10^-9 m²/s.

Die Untersuchungen zur mikrobiellen Aktivität der abwasserdurchströmten Bodenkörper konnten bestätigen, dass für den Stoffumsatz im Boden bedingt durch oberflächennah immobilisierte Mikroorganismen und Substrat (Teufe = 0,05 m) in Verbindung mit einer guten Sauerstoffversorgung über die Beetoberfläche die obersten Bodenschichten relevant sind. Dies konnte am vertikalen Verlauf der bis zu einer Teufe von 1,2 m uGOK ermittelten Gesamtzellzahlen (GZZ) und Enzymaktivitäten nachgewiesen werden. Die im Filter ab einer Teufe von 0,30 m ermittelten GZZ wiesen dagegen keine Erhöhung der Populationsdichte auf. Die GZZ lagen im Bereich natürlicher Grundwasserleiter, wobei die Zusammensetzung der Biozönose substratbedingt Unterschiede aufweisen muss.

Für die Erweiterung der bisherigen Aussagen zum Verhalten von Pflanzenbeeten waren Informationen über den Verbleib der Abwasserinhaltsstoffe im Bodenfilter ein besonders wichtiger Aspekt. In größeren Abständen wurden daher aus den untersuchten Anlagen Bodenproben entnommen und auf wesentliche Abwasserparameter analysiert. Nach den Untersuchungsergebnissen kommt das Fortschreiten der Feststoffeinlagerungen bei konstanter Belastung nicht zum Erliegen. Daraus ist abzuleiten, dass eine Begrenzung der Betriebszeit eines bewachsenen Bodenfilters durch die Verlegung der Bodenporen mit eingelagerten Feststoffen besteht. Die Einstellung eines Gleichgewichts zwischen zugeführter Fracht und vollständigem Abbau konnte auch nach 5,5 Jahren Betriebszeit nicht festgestellt werden. Die aus den Feststoffeinlagerungen resultierenden Veränderungen der hydraulischen Eigenschaften führen, bezogen auf den Stofftransport, zu einer stärkeren Vergleichmäßigung und Dämpfung von Konzentrationsspitzen.

Aus den Untersuchungen zum Feststoffanfall ging weiterhin hervor, dass die Biomasse je nach Bodentiefe höchstens 10 % der gesamten Feststoffmenge im Beet ausmacht. Zu Kolmationsproblemen müssen demnach vor allem eingelagerte partikuläre Stoffe führen. Zur Überprüfung der im Atmungstest ermittelten Biomassenmenge wurden die mikrobiologischen Parameter der Bodenproben herangezogen (DNS-Gehalt). Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse der verwendeten Methoden zur Bestimmung der Biomasse.

Die Untersuchungen zum Sauerstoffhaushalt konzentrierten sich auf die Darstellung des Verlaufs der Konzentration in der Bodenluft sowie auf die Ermittlung der Quantität von Eintrag und Verbrauch unter den gegebenen Bedingungen. Es wurden folgende Bestimmungsmethoden angewandt:

• Untersuchungen an inertem Bodenmaterial im Labormaßstab (Bisanz, 1999)
• Messungen der Sauerstoffkonzentration in verschiedenen Tiefen und unter verschiedenen Bedingungen an den Laborsäulen
• Messungen verschiedener Gaskomponenten an der Praxisanlage und an den Laborsäulen in [Vol.-%]
• Bilanzierung der Stoffströme und stöchiometrische Berechnungen
• Messungen zum Sauerstoffverbrauch an Bodenmaterial unter unlimitierten Bedingungen im Atmungstest.

Die mit Hilfe der verschiedenen Methoden ermittelten Ergebnisse zeigt Tabelle 46. Auf Grund der verwendeten einfachen Versuchs- und Analysentechnik für die Gasmessungen konnten keine systematischen Untersuchungen vorgenommen werden, die Ergebnisse müssen entsprechend gewertet werden.

 Der Sauerstoffeintrag liegt im gleichen Größenbereich wie der Sauerstoffverbrauch. Mit zunehmender Feststoffeinlagerung geht der Sauerstoffverbrauch auf Grund von Sauerstofflimitierungen am Biofilm zurück. Dagegen steigt der potentielle Sauerstoffbedarf wegen der Zunahme der akkumulierten Substrate immer weiter an, wie im Atmungstest bei unlimitierten Bedingungen nachgewiesen wurde. In der Folge kommt es im Pflanzenbeet mit steigender Betriebszeit bei verringertem aeroben Abbau zu verstärktem anoxischen Abbau, die Ablaufwerte für strikt aerobe Prozesse wie die Nitrifikation steigen an (Anstieg der Ammoniumkonzentration im Ablauf).

Die Bilanzierungen der Stoffströme an Pflanzenbeeten zeigten die Unterschiede beim CSB-Überschussschlammanfall bzw. der zugehörigen Kohlenstoffoxidation an den einzelnen Anlagen auf. Die Bodenanalysen konnten wegen der ungenügenden Messwertdichte und  -genauigkeit auf Grund der niedrigen Prozessgeschwindigkeiten und der großen Inhomogenitäten des Bodenmaterials nicht direkt für die Bilanz eingesetzt werden. Statt dessen wurde mit Hilfe der Phosphorbilanz und den Verhältniswerten der Parameter aus der Bodenanalyse die Überschussschlammfracht im Bodenkörper rückgerechnet. Die Untersuchungen zum Sauerstoffhaushalt lieferten dazu Hinweise zur Größe des Sauerstoffverbrauchs.

Es wurden folgende Ergebnisse zum Überschussschlammanfall zufolge der Bilanzierung erhalten (Tabelle 47).

Für die unter aeroben Bedingungen arbeitende Laboranlage 1 wurde ein niedriger Anfall an eingelagerten Feststoffen ermittelt, der in der Größenordnung der mit dem Zulauf zugeführten inerten partikulären Stoffe liegt. Die beiden anderen Anlagen wiesen nach längerem Betrieb unter Praxisbedingungen und bereits vorhandenen Feststoffeinlagerungen einen erhöhten Feststoffanfall auf, dessen Größenbereich aus technischen Verfahren bekannt ist. Der Feststoffanfall nach der Bilanzierung ist temperaturabhängig, wie die Unterschiede zwischen Laboranlage 2 und Praxisanlage zeigen. Eine Verallgemeinerung der Ergebnisse ist wegen des Einzelfallcharakters jedes Pflanzenbeetes allerdings nur eingeschränkt möglich.

Die Stickstoffbilanz an der PKA Jiedlitz wies einen Betrag von > 100% von N_zu auf Grund des ablaufenden Nitratstickstoffs auf. Um die Bilanz schließen zu können, musste als weitere Stickstoffquelle des Zulaufs der Zutritt von nitrathaltigem Grundwasser angesetzt werden. Dies deckt sich mit den aus der Wassermengenbilanz abgeleiteten Schlussfolgerungen hinsichtlich Fremdwasserzutritt an der Praxisanlage.

Die langjährige Nutzung von Pflanzenbeeten wird entscheidend bestimmt vom Prozess der Kolmation. Nach den vorliegenden Untersuchungen sowie übereinstimmenden Literaturangaben tragen zur Vermeidung von Kolmationen ein aerober Betrieb sowie geringe Feststofffrachten bei. Unter welchen Umständen bzw. Bedingungen eine potentielle Kolmationsgefährdung in eine sichtbare Kolmation umschlägt, kann auch mit den durchgeführten Untersuchungen nicht zweifelsfrei festgestellt werden. Es wird vermutet, dass die Überschreitung eines bestimmten Feststoffniveaus im Boden bzw. die Anreicherung von Feinststoffen offenbar nicht die alleinigen Kriterien für eine Kolmation sind. So ist das Volumen der Biomasse möglicherweise verantwortlich für weitere Effekte. Solche Einflüsse sind allerdings ohne zusätzliche Untersuchungen nicht näher zu quantifizieren.

Aus den Ergebnissen zum Feststoffanfall an Pflanzenbeeten wurden Aussagen zur Nutzungsdauer abgeleitet. Für Bodenmaterialien nach ATV A-262 (1998) mit einem d₁₀ >= 0,2 mm ergaben sich je nach im Boden verbleibender Feststoffmenge auf der Grundlage der Gleichung von Blazejewski und Murat Blazejewska (1997) und den ermittelten Bereichen des Überschussschlammanfalls an den untersuchten Anlagen folgende Verstopfungszeiten bei einer Belastung von 25 g CSB/(m² · d) bzw. ca. 3 m²/E:

• für günstige Verhältnisse (geringer Feststoff- und Fremdwassereintrag) 12,5 Jahre
• für durchschnittliche Verhältnisse (mittlerer Feststoff- und Fremdwassereintrag) 6 Jahre
• für ungünstige Verhältnisse (hoher Feststoff- und Fremdwassereintrag) < 6 Jahre.

Betriebliche Maßnahmen wie die Belüftung bzw. das Homogenisieren der Feststoffeinlagerung in der kolmationsgefährdeten oberen Bodenschicht durch Bodenbearbeitung (Motorhacke) können nach ersten Betriebserfahrungen zu einer Verlängerung der Nutzungsdauer beitragen. Eine Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums wurde nicht festgestellt. Diese Maßnahmen können jedoch auf Dauer nur erfolgreich sein, wenn gleichzeitig die Ursachen einer ggf. erhöhten Kolmation beseitigt werden (z.B. ungleichmäßige Verteilung etc.).

Der Einsatz einer zusätzlichen, dem Pflanzenbeet vorgeschalteten Stufe zur Feststoffentfernung nach dem Prinzip der Siebung / Filtration kann zur Verlängerung der Nutzungsdauer oder alternativ zur Verringerung der Beetfläche beitragen. Zum Einsatz könnten beispielsweise regenerierbare Bodenfilter gelangen (austauschbare Filterpakete, Rückspülmöglichkeit). Ein sinnvoller Bereich der Feststoffabtrennung ergibt sich aus der Abschätzung der Siebleistung unter Beachtung der notwendigen Durchlässigkeit des Bodenmaterials für d₁₀ von 0,2 – 0,5 mm mit 40 – 60% der Feststoffe nach Vorklärung (Sedimentation). Die Nutzungszeiten könnten dadurch verdoppelt werden, während die Einsparung bei der spezifischen Beetfläche wegen des Einflusses der Sauerstoffversorgung nur etwa 0,5 m²/E beträgt.

Als besonders kritisch für eine langjährige Nutzung von Pflanzenbeeten sind nach den Untersuchungen folgende Betriebsphasen bzw. Betriebsprobleme einzuschätzen:

• die Einfahrphase, in der hauptsächlich der Mechanismus der Filtration zur Feststoffentfernung führt, der schnell in eine Oberflächenfiltration übergehen kann
• hohe hydraulische Belastungen, verbunden mit hohen Frachtbelastungen durch Verdrängung eines großen Volumenanteils an Abwasser aus einer Mehrkammergrube
• Außerbetriebnahme von Teilflächen und entsprechende Erhöhung der Belastung für die verbleibenden Beetflächen
• Ungleichmäßige Verteilung des Abwassers.

Für die Erreichung einer möglichst langen Betriebsdauer von Pflanzenbeeten ist die Berücksichtigung der genannten Aspekte bereits bei Planung und Bau sowie im Betrieb unbedingt erforderlich (Müller, 2001).

Als Schlussfolgerung für die Bemessung von vertikal durchströmten Pflanzenbeeten lässt sich aus den vorliegenden Untersuchungen der auch in der Literatur angegebene maximale Belastungsbereich für den kolmationsfreien Betrieb von 20 - 25 g CSB/(m² · d) bestätigen. Die untersuchten Anlagen wurden in diesem Belastungsbereich betrieben, die abgeschätzte Nutzungsdauer geht von dieser Belastung aus. Der Einfluss der Abscheidewirkung der Vorklärung ist zu berücksichtigen. Weiterhin sprechen die Ergebnisse der Untersuchungen des Sauerstoffhaushalts dafür, in Hinblick auf die Gewährleistung eines Mindestsauerstoffgehalts am Biofilm die Belastung auf den oben genannten Wert zu begrenzen.

Entsprechend der einwohnerspezifischen CSB-Fracht nach Vorklärung kann damit die erforderliche spezifische Flächenbelastungen zu 3,2 - 4 m²/E angegeben werden. Dabei ist die meist unvollständige Ausnutzung der Beetoberfläche je nach Verteilungssystem, Unebenheit der Bodenoberfläche, lokalen Verdichtungen oder Kolmationen etc. mit in Rechnung zu stellen. Günstigere Bedingungen können sich infolge erhöhter Absetzleistung von großvolumigen Vorklärungen mit ruhendem Wasserkörper hinsichtlich der verminderten einwohnerspezifischen CSB Fracht nach Vorklärung ergeben. Eine Frachtverminderung durch Pendlereinfluss wirkt sich nur im Betrieb aus, bemessungsseitig kann diese nicht angesetzt werden. Diese Zusammenhänge sollten in die Bemessung von Bodenfiltern, z.B. durch die Einführung eines Sicherheitsfaktors, mit einbezogen werden (Müller, 2001).

Die erforderliche Schichtdicke für bepflanzte Bodenfilter kann nach den Untersuchungen ohne Einbußen der Leistungsfähigkeit verringert werden. Die Frosteindringtiefe ist allerdings zu beachten. Insbesondere sind in die Bemessung der Schichtdicke die obere Bodenschichten mit einzubeziehen, unabhängig davon, ob diese Schichten eine Wurzelschicht oder die Filterschicht darstellen, da die maßgeblichen biologischen Prozesse fast ausschließlich in den oberen 30 cm der Bodenschicht stattfinden, wie an unterschiedlichsten Parametern nachgewiesen wurde. Die Durchlüftung des Bodenköpers kann unter der Voraussetzung, dass eine gute Durchlässigkeit für die gasförmige Phase gewährleistet ist, bei einem einschichtigen Bodenkörper verbessert werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die ausgeführten Untersuchungen ein Beitrag zum tieferen Verständnis der Prozesse in Pflanzenbeeten geleistet werden konnte und neue Ansätze als Voraussetzung für einen störungsfreien und langfristigen Betrieb von Pflanzenkläranlagen gefunden wurden. Es bleiben jedoch weiter Fragen offen. So sind für die Beschreibung der Dynamik des Gashauhalts in abwasserdurchströmten Bodenkörpern Untersuchungen zur Absicherung des bisherigen Kenntnisstands erforderlich. Durch die getrennte Erfassung von Gastransport und Stoffumsatz sollte dabei eine Quantifizierung der Gasphase und eine dynamische Betrachtung ermöglicht werden. Damit sind die Untersuchungen zur Hydraulik direkt zur Beschreibung und Quantifizierung des Stoffumsatzes nutzbar.

Literatur

• ATV - Arbeitsblatt A 262 (1998). Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Pflanzenbeeten für kommunales Abwasser bei Ausbaugrößen bis 1000 Einwohnerwerte. Hennef.
• Bisanz C. (1999). Bestimmung von physikalischen, chemischen und biologischen Einflussgrößen an abwasserdurchströmten Bodenkörpern. Diplomarbeit, Technische Universität Dresden.
• Blazejewski R., Murat-Blazejewska S. (1997). Soil clogging phenomena in constructed wetlands with subsurface flow. Wat.Sci.Tech. Vol. 35, No. 5, pp. 183 – 188.
• Luckner L., Schestakow W. (1991). Migration processes in the Soil and Groundwater Zone. Lewis Publishers, Inc., Florida.
• Müller, V. (2001). Ein Beitrag zur Bilanzierung von Bodenfiltern. Dissertation an der Technischen Universität Dresden (in Vorbereitung). [Müller V. (2002) Ein Beitrag zur Bilanzierung von Bodenfiltern. TU Dresden, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft. Dresdner Berichte, Band 21.]
• Scheffer F., Schachtschabel P. (1992). Lehrbuch der Bodenkunde. Ferdinand Enke Verlag Stuttgart.

Schlagwörter

Pflanzenkläranlagen, Sauerstoffhaushalt, Kolmation, naturnahe Verfahren, dezentrale Systeme