Steigerung der Reinigungsleistung von Schwimmteichfiltern durch Lufteinblastechniken

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Schwimmteich der Kategorie IV. Foto: Jan-Niklas Uhlig

Der Einsatz von Luft bietet neue Möglichkeiten bei der Reinigung von bodengebundenen Filtern und sorgt dafür, dass diese Filterbereiche nach dem Reinigungsprozess wieder funktionsfähig sind. Dabei kann der Einsatz von Luft auf unterschiedlichster Art und Weise erfolgen. Die Bedeutung dessen und mögliche Einsatzformen wurden in einer Bachelorarbeit an der Hochschule Ostwestfalen-Lippe untersucht.

Schwimmteiche und Naturpools werden gemäß der Empfehlungen für Planung, Bau, und Instandhaltung von privaten Schwimm- und Badeteichen von der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau (FLL) in fünf verschiedene Kategorien unterteilt. Es handelt sich um Gewässer mit einer natürlichen Wasseraufbereitung und sie bestehen aus Schwimm- und Filterzonen. Die Wasseraufbereitung findet bei den Typen III bis V in der Filterzone statt und erfolgt ohne chemische Zusätze, da das negative Auswirkungen auf Flora und Fauna zur Folge hätte. Die Schwimmzone übernimmt keine Filterfunktion und ist zum Schwimmen vorgesehen. Auf dem deutschen Markt gibt es zielgerichtet für die Schwimmteichtypen der Kategorie II bis V einige Systemanbieter, die Komplettsysteme zur Wasserreinigung anbieten. Neben den natürlichen Reinigungsmethoden über boden- und pflanzengebundene Bereiche im Teich bieten diese Filtersysteme fertige Lösungen für die Reinigung von Schwimmteichen. Die bodengebundenen Filter haben je nach Systemanbieter unterschiedliche Aufbauhöhen und Substratschichten. Die Verwendung von Substraten (bodengebundenes Verfahren) hat gegenüber den pflanzengebundenen Verfahren neben einigen Nachteilen auch Vorteile: Es entsteht in der Filterzone eine physikalisch große Oberfläche, diese lässt sich entgegen der pflanzengebundenen Verfahren durch aktive Durchströmung deutlich häufiger umwälzen und die Leistungsfähigkeit zur Reinigung des Wassers steigt.

Der Versuchskörper. Foto: Jan-Niklas Uhlig

Jedoch verbleiben je nach Leistungsanforderungen nicht selten Biomasseanteile im Substratfilter, die später dem System wieder entzogen werden müssen. Daher kann und sollte der Filter dem möglichen Prozess des Biomasseentzugs entsprechend aufgebaut sein. Die Biomasse lässt sich beispielsweise durch Rückspülung der Pumpen und dem Wasserkreislauf entgegengesetzten Fließrichtung entfernen. Dieser Prozess gewinnt besondere Bedeutung, wenn der Filterkörper mit Biomasse zugesetzt und nicht mehr voll reinigungsfähig ist. Nach dem Rückwärtsspülen der Pumpen ist der Filter in der Regel wieder funktionsfähig.

Reinigungsmöglichkeiten bodengebundener Schwimmteichfilter in drei Varianten

Bei Pflegemaßnahmen von Schwimmteichen ist die Reinigung des Filterkörpers oft ein Teil der üblichen Pflege. Das erfordert während der Bau- und Planungsphase richtige Vorkehrungen zur effektiven Durchführung der Reinigung. Die Möglichkeit der Ausschwemmung von Biomasse durch Lufteinblastechniken ist eine neue Variante und Verfahrensart der Reinigung. Die genaue Bauweise beim Aufbau des Filterkörpers zur effektiven Reinigung durch Luft ist derzeit noch weitestgehend ungeklärt. In den üblichen Filterbereiches eines Substratfilters finden in der Regel mechanische als auch biologische Reinigungsprozesse statt. Die mechanischen durch das einfache Filtern partikulärer Stoffe und die biologischen unter anderem durch aktive biologische Umsatzprozesse auf der Oberfläche der Substrate. Der dabei zurückbleibende Biofilm ist oft als dünne, grüne Schleimschicht im Filterkörper sichtbar. Ihn gilt es, bei Reinigungsverfahren unter anderem durch Rückwärtsspülen der Pumpen in größtmöglicher Menge zur verbesserten Reinigungsfähigkeit des Filters zu entfernen. Der Einsatz von Luft beim Reinigungsvorgang bietet durch Aufwirbelung ein verbessertes Lösen der Biomasse vom Filterkörper und ein effektives Entfernen.

Versuch 1, mit Drainageringen, oben: Ergebnis nach Lufteinblasung durch den linken Verteilerkreis – die Aufschwämmung bleibt auf die Fläche des Verteilerkreises beschränkt. Abb.: Jan-Niklas Uhlig

Der Fokus der Forschungsarbeit lag dabei auf einer besonders gleichmäßige Lufteinströmung, damit nahezu alle Bereiche des Filterkörpers mit Luft durchwirbelt werden. In einer speziell gefertigten Versuchsanlage wurden drei verschiedene Einsatzformen von Luft gezielt durchströmter Filterbereiche eines Schwimmteiches simuliert. Die Ergebnisse sind sinngemäß nur auf die FLL-Kategorien IV und V mit gezielt durchströmten Filterbereichen übertragbar. Die Basis des Versuchsstandes bildeten Filterkörper auf einer Grundfläche von 200 x 100 cm. Alle drei Versuchsobjekte wurden mit unterschiedlichen Wasser- beziehungsweise Luftverteilungssystemen im Untergrund und mit einfachen 5/8 Substratüberschüttungen aufgebaut. Um die Ergebnisse auch ohne natürliche Biomasse auswerten zu können, wurde das 5/8 Substrat jeweils mit einem dunklen sehr feinkörnigen Basaltsplitt abgedeckt, sodass nach dem Prozess des Einblasens ein sichtbarer Kontrast ablesbar und auswertbar war: Die Durchwirbelungsbereiche konnten im späteren Auswertungsprozess je nach Intensität auf Bildern ausgewertet werden. Die Basaltsplittabdeckung simulierte in diesem Fall eine mögliche Biomasse im Filterkörper. Abgedichtet wurde die Versuchsanlage durch eine EPDM-Folie. Alle drei Versuchsaufbauten wurden mit unterschiedlichen Verteilungssystemen auf dem Boden des Substratkörpers aufgebaut. Diese gewählten Verteilungssysteme lassen sich zum einen für die Wasserdurchströmung sowie für den Reinigungsvorgang der Lufteinblasung nutzen: Eine Verteilung mit Drainagerohrkreisen, mit einer aus dem Schwimmteichbau bekannten Wasserverteilungsplatte (75 x 120 cm) sowie mit selbstgefertigten durchbohrten Kunststoffhohlplatten (2x 100 x 100 cm). Alle drei Versuchsanlagen sind mit einem handelsüblichen Luftkompressor aus dem Schwimmteichbau mit jeweils zweimal zehn Minuten und einem Druck von 1,0 Bar durchgeblasen worden.

Versuch 2, mit Verteilerplatte: Ergebnis nach Lufteinblasung, eine gleichmäßige Aufschwemmung bis in die Randbereiche konnte nur bedingt erreicht werden. Abb.: Jan-Niklas Uhlig

Versuchsergebnisse

Bei dem ersten Versuch handelte es sich um eine Variante mit auf dem Grund der Versuchsanlage liegenden Drainagerohren. Für jeden Quadratmeter Grundfläche wurde ein Rohrkreislauf geschaltet. Beide Kreisläufe konnten getrennt voneinander durch eine Zuleitung angesteuert werden. Das Ergebnis zeigt eine Reinigungsleistung für ausschließlich die über den Rohren verlegten Bereiche und ist für die Entfernung von Biofilm nur bedingt geeignet (ca. 35 bis 40 % der Gesamtfläche).

Die Porenverteilung und die Porengröße der Drainagerohre verhinderte eine flächige Aufschwemmung des gesamten Filterkörpers. Gegenüber allen Erwartungen war aber die Lufteinströmung bis zum Ende der jeweiligen Drainagekreise ausreichend. Durch eine Druckerhöhung lässt sich gegeben falls eine flächigere Aufschwemmung erwirken. Dieses wiederspricht aber vermutlich einer dauerhaften und nachhaltigen Filterfunktion durch zu starke physikalische Druckeinwirkungen auf die Mikrokorganismen im Substratkörper. Andere Verlege-Varianten sind denkbar aber vermutlich wie in der gewählten Variante nur bedingt effektiv. Der zweite Versuch wurde mit einer handelsüblichen Verteilerplatte zur Wassereinströmung aus dem Schwimmteichbau durchgeführt (120 x 80 cm). Auf Grund der definierten Außenmaße war es nur möglich eine Verteilerplatte in der Versuchsanlage zu positionieren. Dieses führte im Ergebnis zwar zu einer höheren Anteilsfläche der Aufschwemmung (ca. 55 bis 60 %), jedoch konnte die Luftverteilung nur unmittelbar an den Anschlussstellen nutzbare Effekte erzielen (vgl. Abb. Versuch 2). Eine gleichmäßige Luftausblasung bis an das Ende der Verteilerplatten konnte nur bedingt erreicht werden. Der Vorteil der Variante bietet dahingegen der einfache und bereits existente Anschluss sowie Wechsel zwischen Wasser- und Luftzufuhr.

Versuch 3, mit Kunststoffplatten: Ergebnis nach Lufteinblasung auf der linken Seite, die Aufschwämmung ist nahezu flächig erfolgt. Abb.: Jan-Niklas Uhlig

Bei der dritten Versuchsvariante ist gezielt eine Luftverteilung über die gesamte Bodenfläche mit zwei passenden und eigens angefertigten Kunststoffplatten (Lochung 2 mm, Abstände 15 cm) auf einer Aufständerung abgestrebt worden. Die Seiten sowie die Durchführung für die Luftzufuhr wurden abgedichtet. Durch die richtige Wahl der Bohrabstände- und -durchmesser konnte eine nahezu gleichmäßige Verteilung der Luft mit fast 90Prozent der Luft erreicht werden.

Perspektiven für die Reinigung mit Lufteinsatz

Mit Hilfe der drei Versuchsansätze konnte in Ansätzen eine Möglichkeit der Reinigungsleistung durch den Einsatz von Luft bei bodengebundenen Substratfiltern deutlich gemacht werden. Die Verteilung der Luft ist dabei für die Durchwirbelung des Filterkörpers ausschlaggebend verantwortlich und die ablesbaren sowie sichtbaren Bereiche ohne Basaltsplittpartikel nach dem Aufblasen lassen Rückschlüsse auf die Leistung von Biomasseentfernung ziehen. Dabei hat sich gezeigt, dass die gleichmäßige Luftverteilung unterhalb des Substrates ein Schlüsselparameter für die Effektivität darstellt. Dabei lässt sich gegebenenfalls die Wassereinströmung üblicher Filterkörper mit einer potentiellen Rückspülung oder einer potentiellen Einblastechnik zum Aufschwemmen kombinieren. In diesem Fall sollten die Hersteller diese möglichen Wasserverteilungssysteme auf einen kombinierten Einsatz zum Lufteinsatz bei Reinigungsvorgängen hin überprüfen und anpassen. Jedoch stellen die simulierten Versuche mit dem Basaltsplitt als sichtbares Strukturelement nur Platzhalter dar. Die Versuche sollten mit regulären Biomasseeinträgen wiederholt werden.

Literatur

Baumhauer, Jörg/Schmidt, Carsten (2008): Schwimmteichbau, 1 Auflage, Patzer Verlag.

Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (2017): Richtlinie für Planung, Bau und Instandhaltung von privaten Schwimm- und Badeteichen.

Fortmann, Manfred (2013): Schwimmteich und Naturpool: Ideen, Informationen- Innovationen, Erling Verlag.

Mahabadi, Mehsi/Rohlfing, Ines (2008): Schwimm- und Badeteichanlagen, Planungs-und Baugrundsätze, Eugen Ulmer Verlag.

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe NEUE LANDSCHAFT 03/2018 .

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