Biologische Filtertechnik - Eine GARTENLAGUNE selber bauen

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Biologische Filtertechnik

klares Wasser
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 Vorgehensweisen 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 Wasseraufbereitung umfasst also eine mechanischen Filtrierung und einen biologischen / chemisch-physikalischen Bereich zum Abbau oder der Umwandlung von Nährstoffen.
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 wird. Es ist sinnvoll eine Filterkette von grob zu fein aufzubauen um frühzeitige Verstopfungen zu vermeiden.
Biologische Filtrierung
Ist die Vorfiltrierung durchlaufen, wird das Wasser zum mikrobiellen Abbau der gelösten Nährstoffe in einen biologischen Filter geleitet. Dieser Filter bietet eine hohe Besiedlungsfläche und ausreichend Sauerstoffversorung für die nitrifizierenden Bakterien. Durch die enorme benetzte Oberfläche eines derartigen Biofilters kann sich ein bakterieller "Rasen" mit immenser Abbauleistung ansiedeln. Feines organisches Material, das die Vorfilteranlage passiert hat, wird durch die Aktivität der Bakterien und Pilze endgültig abgebaut und mineralisiert. Typisch Biofilter sind Bioreaktoren als Festbett, Wirbelbett oder Rieselfilter. In Schwimmteichen und Naturpools sind Festbettfilter in der Regel als Pflanzen-Klärbeete mit Kies als Trägermedium umgesetzt.
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.
Filterkette im Gleichgewicht
In den verschiedenen Teichbranchen haben sich unterschiedliche Filtertechniken etabliert. In Koiteichen liegt der Schwerpunkt auf der mechanischen Filtrierung. Die Technik lässt sich gut automatisieren, erfordert aber einen hohen Energieaufwand und kann mit hohen Anschaffungskosten verbunden sein. In kleinen Gartenteichen werden kompakte Druckfilter mit UV-Bestrahlung zu Abtötung der einzelligen Schwebealgen oder mechanisch-biologische Mehrkammerfilter eingesetzt. Schwimmteiche haben nicht selten  groß dimensionierte Pflanzenfilter als biologische Filter und eine spartanische mechanische Vorfiltrierung.
Die Filterkette der Gartenlagune zielt darauf ab, die einzelnen Filterstufen mechanisch, biologisch und chemisch/physikalisch ins Gleichgewicht zu bringen. Dadurch lassen sich die Vorteile der Verfahren verknüpfen und die jeweiligen Nachteile minimieren. Die Filterkette ist keine eigenständige Innovation, sondern ein übergreifendes Konzept aus bewährten Methoden.
Praktische Umsetzung einer Filterkette
Filterschema Biorektor und Pflanzenfilter
Beispiel einer Filterkette
1. Das Wasser wird über einen Skimmerfilter angesaugt, von Grobstoffen befreit und durch die interne Filterpumpe in den Schacht des Bioreaktors geleitet.
2. Die Beutelfilter im runden Schachtrohr fangen die feinen Schwebepartikel auf. Das Wasser verteilt sich im Gitterboden und steigt durch die Biochips auf.
3. Nach diesem Durchgang fließt das Wasser durch ein D110 Kanalrohr in den Gitterboden des Pflanzenfilters. Es steigt durch die Kiesschicht auf und fließt über den Bregrenzungswall zurück in den tiefen Beckenbereich.
Gartenlagune Filterkette
Bioreaktor in Kombination mit einem Pflanzenfilter
Die Bauweise der Gartenlagune eignet sich besonders für kleinere Becken. Um einen ausreichend großen Nutzbereich zu bieten, muss die Pflanzenklärzone mit wenig Platz auskommen. Um die Funktion der biologischen Wasseraufbereitung zu gewährleisten, wird der Pflanzbereich durch einen hocheffizienten Festbettfilter ergänzt. Die Biochips bieten konstruktionsbedingt eine sehr hohe Besiedlungsfläche. Die Versorgung der Bakterien wird ausserdem durch eine zusätzliche Sauerstoffanreicherung verbessert.
Die mechanische Feinfiltrierung findet in einen Rundschacht im Bioreaktor statt. Die Filterbeutel haben eine Maschenweite von 0,4mm. Das entspricht 400 mµ. Werden die Beutel mit Filterballs gefüllt, lässt sich die Filterschärfe bis auf extreme 5 mµ steigern.
Biochips und Kiessubstrat lagern auf Gitterplatten. Sedimente, die sich zwangsläufig durch absterbenden Biofilm bilden, können in den Hohlraum am Boden absinken.  Die Ablagerungen werden periodisch durch die Wartungsrohre aufgespült und abgesaugt. Dadurch bleibt die Leistungsfähigkeit des Filtermediums erhalten.
Chips im Bioreaktor
Nitrifizierende Bakterien siedeln sich auf Oberflächen an. Sie bilden eine glibberige Schicht die "Bakterienrasen" oder "Biofilm"genannt wird. Wie gut sich der Bakterianrasen entwickelt, hängt von der maximalen Besiedlungsfläche und der Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff ab. Auch die Temperatur spielt eine Rolle. Bei Wassertemperaturen unter 10 Grad stellen die Bakterien ihre Nährstoffmineralisierung ein.
Im klassischen Pflanzfilter stellt der Kies oder poröse Substrate die Besiedlungsfläche zur Verfügung. Die nutzbare Oberfläche wird durch die Berührungsstellen der Kieskörner deutlich gemindert.
Auch die rechnerisch große Oberfläche von porösen Filtermedien dezimiert sich drastisch, wenn der Bakterienrasen das Korn umschliesst und die inneren Hohlräume nicht mehr vom Wasserasutausch profitieren.
Die Biochips sind speziell designte Trägermaterialien. Durch ihre Form werden sie gut vom Wasser umspült und haben somit exzellente hydraulische Eigenschaften mit geringstem Fließwiderstand. Die Rippen bieten viel geschützte Bewuchsfläche (700 m²/m³). Die Abstände der Rippen sind so bemessen, dass sich die Zwischenräume nicht durch die Schicht des Biofilms schliessen können. Die Chips können sich gegenseitig nur an den Kanten der Stege berühren, nicht aber an den Bewuchsflächen.
Industrielle Verwendung finden diese Hochleistungschips in der Abwasserreinigung und der Fischzucht. Eine lohnende Investition auch imprivaten Bereich.
Bio-Chips
Das Substrat im Pflanzenfilter
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.
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.

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.
© Glenk Teichbautechnik e.K
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Ralf Glenk
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