Biologische Filtertechnik - Eine GARTENLAGUNE selber bauen

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Biologische Filtertechnik

Gartenlagune biologischer Filterkreislauf
Systematische Wasseraufbereitung
Bei näherer Betrachtung der Lebensabläufe in einem Teich wird klar, dass die Natur periodische Wechsel vorsieht, während der Mensch kontinuierliche Verhältnisse schaffen möchte. Man versucht zum Beispiel das Klarwasserstadium als permanenten Zustand zu erhalten. Ein künstlicher Eingriff ist darum unumgänglich. Das geht meist nur mit einer mehr oder weniger aufwändigen Filtertechnik. Dabei muss zwischen unterschiedlichen Zielen der Filtrierung unterschieden werden. Zum einen wird versucht, Partikel aus dem angesaugten Teichwasser zu entfernen, damit diese gar nicht erst zu Nährstoffen mineralisiert werden. Zum anderen soll über die Filtertechnik erreicht werden, die aus dem abgebauten Material freigesetzten Nährstoffe wieder aus dem System zu entfernen. Eine systematische Wasserfiltrierung umfasst also einen mechanischen, einen biologischen und einen chemisch-physikalischen Bereich, wobei es Überschneidungen gibt.
Mechanische Filtrierung
Mechanische Filterstufen fangen Partikel über Siebe, Netze, Beutel, Schwämme etc. ab. Das aufgefangene Material wird dann über die Reinigung der Filtermedien aus dem System entfernt. Die Filterschärfe ist recht unterschiedlich und bestimmt, bis zu welcher Korngrößen angeschwemmtes Material aus den Wasser entfernt werden. Es ist sinnvoll eine Filterkette von grob zu fein aufzubauen. Würde man sehr früh einen Feinfilter einsetzen, hätte dies einen hohen Wartungsaufwand zur Konsequenz (ausgenommen Bogensiebfilter). Auch die Beschränkung auf einen groben Filter, um lange Standzeiten zu erreichen, ist keine gute Lösung. Grobe Schwammaterialien lassen oft die planktischen Algen passieren und filtern nur die relativ großen Partikel und Grobstoffe ab. Hier ist eine nachfolgende Feinfiltrierung sinnvoll.
Biologische Filtrierung
Ist die Vorfiltrierung abgelaufen, wird das Wasser zum biologischen Abbau des restlichen organischen Materials in einen großzügig dimensionierten Kieskörper eingeleitet. Durch die enorme benetzte Oberfläche eines derartigen Kiesfilters kann sich ein biologischer Rasen mit immenser Abbauleistung ansiedeln. Material, das die Vorfilteranlagen passiert hat, wird durch die Aktivität der Bakterien und Pilze endgültig abgebaut und mineralisiert. Die verbleibenden Nährstoffe werden teilweise vom wachsenden Biorasen aufgenommen oder von den Wurzeln der auf dem Kiesfilter siedelnden Pflanzen aufgenommen. Der nicht verbrauchte Teil der Nährstoffe gelangt mit dem Ablaufwasser des Kiesfilters wieder in den Schwimmbereich des Teiches und wird von dort erneut in das Kiesbett gepumpt. Wenn sich bei der Passage des Kiesfilters die Nährstoffe so weit reduziert haben, dass Algenblüten nicht mehr auftreten, hat man das gewünschte Ziel erreicht. Moderne biologische Intensivfilter mit entsprechender mechanischer Vorfiltrierung benötigen etwa eine Fläche von 10-20% des Nutzungsbereichs. Wird der Filter als Trockensumpf angelegt, können sich dort keine Algen ansiedeln.
Chemisch physikalische Filtrierung
Nicht alle im Wasser gelösten Stoffe lassen sich ausreichend biologisch abbauen. Phosphate reichern sich im Wasser oder Sediment an und bilden dadurch eine permanente Nährstoffquelle. Da Phosphat oft der limitierende Nährstoff ist, sollte eine systematische Wasserreinigung mit dem Ziel eines nährstoffarmen Milieus auch die Phosphatreduktion umfassen. Phosphate lassen sich durch Adsorbtion binden. Hierfür gibt es entsprechende Filtermedien wie den polymeren Phosphatbinderblock oder pulverförmige oder flüssige Wasserpflegemittel.
Neben der Bindung von Nährstoffen ist auch die Zugabe von verbrauchten Mineralien wichtig, damit die Wasserparameter nicht in ein Ungleichgewicht geraten.
Praktische Umsetzung einer Filterkette
Gartenlagune Filtersystem 1
Kompaktes Filtersystem
Dieses Filtersystem ist durch die integrierte Pumpe im Skimmerfilter sehr kompakt aufgebaut. Die mechanische Vorreinigung und Grobstoffabscheidung findet direkt im Skimmergehäuse statt. Es sind eine 12 Volt Pumpe mit niedriger Stromaufnahme im Behälter eingebaut. Dieser Schwimmteichfilter  eignet sich  für Gartenlagunen bei denen die kompakte Abmessung der Filtertechnik und die Kosten im Vordergrund stehen. Die Funktion ist auf den Filterkreislauf beschränkt. Der Wartungsaufwand ist höher als bei dem komfortablen Filtersytem.

Durch den Skimmerfilter findet eine permanente Oberflächenabsaugung statt. Das Treibgut wird eingesammelt und durch die Filtermatte im Skimmergehäuse zurückgehalten . Die Pumpe mit 12 Volt Schutzkleinspannung befindet sich ebenfalls im Skimmergehäuse und ist hinter der Filtermatte angeordnet. Sie fördert das vorgereinigte Wasser zum Bioflow Wasserverteiler im separaten Pflanzenfilter. Im Bioflow-Schacht findet die zweite Stufe der mechanischen Wasserreinigung statt. Feinere Schwebepattikel werden in den Filterbeuteln aufgefangen. Optional lässt sich eine Filterpatrone zur biochemischen Wassseraufbereitung mittels Phosphatbindern in dem Bioflow-Schacht einstecken. Damit ist die Filterkette komplett.
Das vorbehandelte Wasser strömt bodennah durch die Verteilerrohre aus, steigt anschliessend durch die Kiesschicht auf. Hier findet die biologische Aufbereitung durch Bakterien und Wasserpflanzen statt. Anschliessend fliesst es über die Rücklaufgarnituren in das Hauptbecken zurück.
Gartenlagune Filtersystem 2
Komfortables Filtersystem
Dieses Filtersystem legt den Schwerpunkt auf Effizienz und eine leichte und schnelle Wartung. Die Filterstation erreicht durch den Bogensiebfilter eine hohe mechanische Partikelabscheidung vom 300 mµ. Das Wasser wird weitgehend vorgeklärt in den Bioflow Wasserverteiler des Klärbeckens geleitet. Über zwei Rücklaufgarnituren fließt das biologisch aufbereitete Wasser in das Schwimmbecken zurück. Mit einerTeilwassermenge lässt sich bei Bedarf über eine zweite Leitung ein Wasserfall betreiben.

Das Oberflächenwasser fliesst in den Wandskimmer, der über eine D110 Schwerkraftleitung mit dem Bogensiebfilter verbunden ist.  Das verschmutzte Wasser ergießt sich über das Spaltsieb des Filters. Grobe und feine Schmutzteile bis 0.3 mm Durchmesser werden abgetrennt und bleibt auf dem unteren Siebteil liegen. Hier lassen sie die abgetrennten Verschmutzungen leicht eintfernen. Ein mechanisches Wehr reguliert automatisch den Wasserstand in Bezug auf die Förderleistung der Pumpe. Das Pumpenboard beinhaltet eine variable Pumpe mit Förderleistungen zwischen 9000-22000 L/Std. Mittels einer Bedienkonsole lässt sich die Leistung individuell anpassen. Von der Pumpe fliesst das Wasser in das Klärbecken mit dem Bioflow-Wasserverteiler. Hier werden über die Beutelfilter noch feinste Schwebstoffe im Bioflow-Schacht aufgefangen. Über die Bioflow Auströmerrohre tritt das Wasser im abgetrennten Klärbereich unterhalb einer Kiesschicht aus. Das Substrat bildet die Besiedlungsfläche für die Mikroben und den Boden für die Repositionspflanzen. Hier findet die eigentliche biologische Wasseraufbereitung statt. Nährstoffärmer fliesst das Wasser über die Sammelrohre der  Rücklaufeinheiten in das Schwimmbecken zurück und der Umwälzkreislauf ist geschlossen. Über einen Dosierspender lassen sich Mittel zur Wasserpflege oder Algenbekämpfung fein gesteuert zuführen.
Das Filtersubstrat
In bepflanzten Bodenfiltern übernehmen mineralische Schüttgüter die Aufgabe des Filtermediums und Pflanzbodens. Je nach Betrachtungsweise unterscheidet man nach der Körnung (Kiese, Sande, Tone), nach der Gewinnungsart (Kies, Schotter, Splitt), nach Material ( Lava, Granit, Silikat, Zeolith) oder nach der Provenienz (Weserkies, Rheinkies). Als Spezialsubstrate finden häufig Mischungen aus verschiedenen Gesteinsarten Verwendung.

Aufgabe des Substrats
Der Bodenfilter dient der biologischen und physikalisch-chemischen Aufbereitung des Teichwassers. Das Substrat wird entweder oberflächlich durch die laminare Strömung einbezogen oder gezielt als kompletter Filterkörper durchströmt.
Dem Begriff der Filtration liegt der Vorgang der Trennung zugrunde. Das Filtermedium muss Partikel bis zu einer bestimmten Größe zurückhalten können. Zugleich ist das Filtermaterial Besiedlungsfläche für Mikroorganismen, die für den  Abbau und Umbau der Anlagerungen sowie der gelösten Stoffe sorgen. Darüber hinaus verfügen einige Materialien wie z.B. Zeolith oder Eisenhydroxid über Anlagerungskräfte die auf einer spezifischen elektrostatischen Ladung beruhen. Diese Austauschkapazität reduziert sich mit der Zeit und es kann auch zu den gefürchteten spontanen Rücklösungen kommen.

Die Anforderungen an das Filtersubstrat:
  • Filterkörper müssen gezielt und dauerhaft durchströmt werden können
  • Das Material muss witterungsbeständig und abriebfest sein
  • Gute Verträglichkeit mit Pflanzen
  • Gut durchwurzelbar
  • Abtrennung partikulärer Stoffe
  • Viel Besiedlungsoberfläche für Bakterien
  • Phosphatfrei (Lieferzustand)
Geeignete Filtersubstrate
Quarzkies
Quarzkiese unterscheiden sich von anderen Kiesen durch ihren hohen SiO2-Anteil (Siliziumdioxid, das Mineral Quarz). Dadurch sind Quarze sehr hart. Eine Wasseraufbereitung ohne diese Filterkiese wäre in einem technischen Maßstab nicht denkbar. Was sich in den Kläranlagen bewährt hat, eignet sich auch hervorragend für den Pflanzenfilter im Teichbau. Es gibt zertifizierte Filterquarze die garantiert phosphatfrei sind. z.B. Aquagran.
Basalt
Basalt ist ein dunkler Naturstein vulkanischen Ursprungs und gilt als Urgestein der Erde. Er verfügt über eine hohe Dichte und ist damit sehr fest. Anwendung findet Basalt im Garten und Wasserbau. Es eignet sich auch als gebrochene Schüttung bis Korn 16 für den Einsatz in einem Pflanzenfilter.
Spezialsubstrat
Es gibt verschiedene Teichsubstrate die oft werbewirksam angepriesen werden. Wunder sollte man dennoch nicht erwarten. Sinnvoll sind Gesteinsmischungen, die garantiert phosphatfrei sind und durch einen Kalksteinanteil für einen pH Ausgleich sorgen. Anteile von Eisenhydroxid oder Zeolith sind langfristig eher negativ.
Problematische Filtersubstrate
Zeolith
Zeolithe sind kristalline Alumosilikate, die in zahlreichen Modifikationen in der Natur vorkommen aber auch synthetisch hergestellt werden können. Zeolithe haben in den ersten 4 Wochen durch die elektrostatische Ladung eine gute Bindekapazität für Ammonium, jedoch nicht für Phosphate. Wenn diese erschöpft ist, dient Zeolith lediglich als Besiedlungsmaterial für Bakterinrasen. Leider lösen anaerobe Bakterien in der porösen Struktur auch gebunden Nährstoffe wieder aus, sodass sich der anfängliche Vorteil ins Gegenteil verkehren kann.
Lava
Lava ist die Bezeichnung für eruptiertes Magma, das an die Erdoberfläche ausgetreten ist. Es wird als Granulat angeboten. Durch den porösen Kern ergibt sich eine rechnerisch hohe Besiedlingsfläche für Bakterien. Sobald der Kern durch Sedimente unter Sauerstoffabschluss gerät, setzen anaerobe Bakterien wieder Nährstoffe frei. Statt Nährstoffabbau kommt es zu einem Nährstoffüberschuss. Ausserdem ist Lava sehr leicht und lässt sich kaum mit dem Teichsauger reinigen.
Flusskies
Der Flusskies ist ein natürliches Produkt, das eine lange Entstehungszeit benötigt. Durch den Transport und das Reiben im Wasser werden die groben, kantigen Gesteinsbrocken zum runden „Kieselstein“. Rundkies wird aufgrund der guten Verfügbarkeit und des geringen Preises gern als Filtermaterial eingesetzt. Wichtig ist, dass das Material keine eigene Phosphatbelastung aufweist. Das würde unweigerlich zu ständigen Algenproblemen führen. Da diese Kiese in der Regel nicht zertifiziert sind, wird der Einsatz zum Glückspiel.
Geeignete Wasserpflanzen
Rolle und Funktion der Pflanzen
Vielfach werden Wasserpflanzen als Hauptakteure bei der Reinigung des Gewässers beschrieben. Dies ist bereits seit Anfang der 90er Jahre durch Untersuchungen widerlegt. Tatsächlich muss man den Anteil an der Reinigungsleistung bei 5-10% einordnen. Die wesentliche Arbeit übernehmen Mikroorganismen. Diese Erkenntnis sollte aber nicht zu dem Rückschluss führen, dass Pflanzen funktionell  bedeutungslos sind. Sie tragen über die Belüftungshohlräume in den Stängel-, Rhizom- und Wurzelsystemen Sauerstoff in den Teichboden ein und ermöglichen auch hier Kleinlebewesen und Bakterien zu leben und ihre Abbauleistungen unter aeroben Bedingungen zu entfalten. Sie lockern durch ihr permanentes Wurzel- und Rhizomwachstum den Boden auf und verhindern damit eine Verstopfung von Filterkieskörpern. Pflanzen sind also ein wichtiges Rad im Getriebe der Wasserreinigung. Ohne die Pflanzen könnten wichtige Prozesse nicht ablaufen, oder würden zumindest gestört. Vereinfacht kann man den Vergleich zu einem Restaurant heranziehen. Die Mikroorganismen sind die Köche, die aus den verschieden Zutaten ein schmackhaftes Gericht zubereiten. Die Pflanzen nehmen die Mahlzeit auf und wandeln sie in zusätzliches Körpergewicht um.
Nicht zu unterschätzen ist die Rolle der Wasserpflanzen beim Abbau von Phosphaten. Diese sind, um im Bild zu bleiben, das Salz in der Suppe. Phosphate können nur schwer eliminiert werden. Hier kommt den Pflanzen eine wichtige Rolle zu.

Den Repositionspflanzen werden folgende Wirkungen zugeschrieben:
  • Eintrag von Sauerstoff
  • Eintrag von organischen Verbindungen
  • Nährstoffverbrauch
  • Offenhalten der Substratschicht durch „Wühlarbeit“ der Wurzeln
  • Bildung von aeroben und aneroben Bereichen für die Nitrifikation und Denitrifikation durch Mikroorganismen
  • Kohlenstoffquelle für Bakterien
  • Beschattung des Filterbereichs
  • zum Teil Abgabe alleopathischer Stoffe durch UW-Pflanzen zur Algenhemmung
Sumpf Schwertlilie
Iris pseudacorus bildet bei geeigneter Nährstoffversorgung mächtige gelbblühende Horste, die ausgesprochen dekorativ wirken. Sie ist als Zusatzpflanze zum Kiesbettröhricht bestens geeignet, und lockert die oft etwas eintönigen Monokulturbeete der Kiesfiltern auf. Unter nährstoffarmen Bedingungen braucht sie mitunter etwas Starthilfe. So kann man sie zum Beispiel auf gut eingewachsenen Kiesbetten als große Containerpflanze hinzupflanzen und mit phosphatfreiem Spezialdünger wurzelnah düngen. Ist sie erst einmal angewachsen, zeigt sie an geeigneten Standorten auch gegenüber anderen Röhrichtpflanzen ausreichend Konkurenzstärke und braucht keine weiteren Hilfen mehr. Sie fruchtet dann auch ergiebig und eine generative Vermehrung aus den Samen ist problemlos möglich.

Teichbinse
Die Teichbinse wächst in der Natur oft am seeseitigen Rand der Schilfgürtel, da ihre drehrunden, knotenlosen Stängel mechanisch belastbarer als die Schilfhalme sind. Auch sie zeichnet eine große ökologische Amplitude aus. Sie sind in der Klärtechnik ebenso einsetzbar, wie in der Bepflanzung eher nährstoffarmer Schwimmteichbiotope. Allerdings durchwurzeln sie den Boden nur bis in eine Tiefe von etwa 40 cm. Bei tieferen Kiesbetten bleiben die unteren Schichten frei von Rhizomen und Wurzelgeflecht.
Segge
Neben den vielen kleinwüchsigen eher solitär wachsenden Arten, gibt es in dieser Gattung mittelhohe bestandsbildende Vertreter, die dem Schilf in der Abbauleistung in nichts nachstehen. Die Schlanksegge (Carex gracilis), die Ufersegge (Carex riparia) und die Sumpfsegge (Carex acutiformis) sind Vertreter derartiger Wuchsformtypen. Dekorativ wirken die ganzjährig grünen Arten, die wie alle Carex-Arten einen dreikantigen Stängel besitzen. Carex gracilis und Carex riparia kommen mit den nährstoffarmen Verhältnissen im Schwimmteich gut zurecht. Carex elata kann als Verlandungspflanze bis in den trockenen Bereich hineingepflanzt werden. Sie eignet sich daher für separate Pflanzenklärbecken, die bis über den Wasserspiegel hinaus gebaut werden.

Problematische Wasserpflanzen
Seerose
Seeerosen stehen auf der Wunschliste vieler Gartenteichbesitzer. Da sie hohe Ansprüche an Wassertiefe, Substrat und Nährstoffe stellen sind sie in nährstoffarmen Schwimmteichen nur schwer zu kultivieren. Sie haben auch einen gewissen Ausbreitungsdrang und bei guten Bedingungen können die Blätter eine weiten Bereich der Wasserfläche einnehmen. Wie empfindlich Seerosen sind, erkennt man bei einem Einsatz von Algenmitteln. Diese Pflanzenart nimmt sehr schnell Schaden, während andere Wasserpflanzen unbeeindruckt bleiben.
Unterwasserpflanzen
In älteren Publikationen wird der Einsatz von Unterwasserpflanzen in Schwimmteichen als wesentliches Instrument der Wasserreinigung empfohlen. Viele, die dieser Empfehlung gefolgt sind, wurden bitter enttäuscht. Die Wirkung blieb aus und die Unterwasserpflanzen starben nach kurzer Zeit ab. Das mag daran liegen, dass diese Pflanzenart keine Wurzeln zur Stoffaufnahme bilden und deshalb auf nährstoffreiches Wasser angewiesen sind.
Schilf
Schilf ist die Repositionspflanze mit der größten Reinigungswirkung. Es ist eine ausgesprochen konkurrenzstarke Art im stehenden Gewässer. Dort verdrängt es weitgehend die anderen Wasserpflanzen oder wächst so dich, dass diese nicht mehr zur Geltung kommen. Die unterirdischen Ausläufer dringen tief in das Substrat ein. Schilf sollte man nur in Pflanzenfiltern einsetzen, deren Wasserverteilsystem nicht durch die Wurzel verstopft werden kann. Z.B. bei einem Gitterboden. Dort kann die Pflanze neben der technischen Reinigungsfunktion auch einen dekorativen Sichtschutz bieten. Etwas empfindlich ist die Schilfpflanze gegenüber Abknicken oder Abschneiden der Halme unterhalb der Wasseroberfläche. Die dann fehlende Belüftung der unterirdischen Rhizome hindert die Pflanze am Neuaustrieb.
Zusammenfassende Hinweise zum Bau und Betrieb eines Pflanzenfilters
  • Es ist auf eine ausreichende Vorfiltrierung zu achten
  • Bei guter mechanische Vorfiltrierung reicht eine Größe von 10-20% der Schwimm- oder Nutzfläche aus
  • Die wasserführende Substratschicht sollte maximal 50-70 cm betragen
  • Ein Filtersubstrat mit einer Korngröße über 16 mm wird nur noch schlecht durchwurzelt
  • Das Filtersubstrat darf keine Phosphate emittieren
  • Der Pflanzenfilter sollte durchgehend 24 Std. beschickt werden. Kein Intervallbetrieb
  • Bei Wassertemperaturen über 25 Grad nimmt die Leistung durch mangelnde Sauerstoffsättigung ab
  • Je höher die Wasserüberdeckung desto schlechter wachsen die meisten Pflanzen
  • Eine höhere Fadenalgenbildung im Pflanzenfilter als im Schwimmbereich ist normal
  • Getrennte Becken sind haben insgesamt weniger Algenbelastung
  • Will man die Algenbildung auch im Pflanzenfilter vermeiden, sollte man ihn als Sumpf anlegen
  • Bei Inbetriebnahme sollten spezielle Starterbakterien eingesetzt werden.  Impfungen aus anderen Teichen können Algensporen einschleppen
  • Der Pflanzenfilter braucht Zeit bis er wirksam arbeitet. Wochenlange Grüntrübungen sind bei einem Neuteich normal und sollten nicht mit Algiziden behandelt werden
  • Nach der Winterpause sollte im Pflanzenfilter ein Teilwasserwechsel des stehenden Wassers vorgenommen werden (sog. Rückspülung)





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