Nadja Fichtenau,

Nadine Jakobi, Die Pflanzenkläranlage

Ramona Langohr natürlich klären

Inhaltsverzeichnis:

1. Zusammenfassung (alle) 3

2. Summary (alle) 3

3. Zweck (alle) 4

4. Pflanzenkläranlagen allgemein (Nadine) 4

5. Vorstellung der Pflanzenkläranlage Ziegler (Nadja) 6

6. Aufbau (Nadja) 7

6.1 Die Rohrverlegung 8

6.2 Die Vorklärung 8

6.3 Die Beschickung 9

6.4 Das Pflanzenbeet 9

6.5 Der Kontrollschacht 11

6.6 Die Versickerung 11

7. Funktion (Nadine) 12

7.1 Mechanische Reinigung 12

7.2 Biologische Reinigung 13

7.3 Physikalisch-chemische Reinigung 14

8. Probennahme (Nadine) 14

8.1 Geräte 14

8.2 Durchführung 16

9. Biologische Parameter (Ramona) 17

9.1. Mikrobiologische Parameter 17

9.1.1. Gesamtkeimzahl 18

9.1.2. Coliforme Keime 21

9.1.3. Escherichia Coli 27

9.2. Biologischer Sauerstoffbedarf BSB5 35

10. Chemische Parameter (Nadja) 37

10.1. Atomabsorptionsspektroskopie AAS (Nadine) 37

10.1.1. Kupfer, Eisen, Mangan 38

10.2. Atomemissionsspektroskopie AES (Nadja) 42

10.2.1. Natrium 42

10.3. Ionenchromatographie (Nadja) 46

10.3.1. Fluorid, Chlorid, Sulfat, Nitrat, Nitrit 46

10.4. UV/VIS ­ Spektrometer (Nadine) 51

10.4.1. Phosphat 52

10.5. Schnelltests (Ramona) 56

10.5.1. Nitrat 56

10.5.2. Nitrit 58

10.5.3. Phosphat 59

10.5.4. Sulfat 60

10.5.5. Ammonium 61

10.5.6. Chemischer Sauerstoffbedarf CSB 63

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11. Physikalische Parameter (Nadine) 65

11.1. pH-Wert 65

11.2. Leitfähigkeit 66

11.3. Temperatur 68

12. Fehlerbetrachtung (Nadja) 69

13. Bestimmung der Wassergüte (Ramona) 70

13.1 Die Güte von Fließgewässern 70

13.2 Einteilung der Gewässergüteklassen: 71

13.3 Vergleich der Ergebnisse mit den Wassergüteklassen 72

14. Bewertung der Reinigungsleistung (Nadja) 73

15. Wirtschaftlichkeit (Ramona) 76

16. Quellenverzeichnis (alle) 79

16.1 Bücher und Magazine 79

16.2 Internet 79

16.3 Normen 79

16.4 Sonstige Quellen 80

16.5 Bilderverzeichnis 80

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1. Zusammenfassung

Da das Thema Umweltschutz, durch die Auswirkungen des Klimawandels

aktueller denn je ist, erschien uns das Thema Pflanzenkläranlage sinnvoll, da

diese eine umweltfreundlichere Alternative zur kommunalen

Abwasserreinigung ist. Wir haben uns speziell auf die Anlage Ziegler in

Neuselhalden bei Steinheim konzentriert, da diese für uns geografisch gut

erreichbar ist.

Um die Qualität des gereinigten Wassers zu bestimmen, und dadurch auf die

Reinigungsleistung zu schließen, haben wir in regelmäßigen Abständen

Proben aus dem Ablauf entnommen und einige Parameter qualitativ und

quantitativ bestimmt. Aus dem mikrobiologischen, chemischen und

physikalischen Bereich wählten wir die für uns relevanten Parameter aus,

welche aus dem nachfolgenden Text entnommen werden können.

Um besser verstehen zu können, warum gerade diese Parameter so wichtig

sind, haben wir uns auch über ihre Wirkung auf Mensch, Tier und Umwelt

informiert.

Anhand der Ergebnisse unserer Messungen konnten wir die Wassergüte

bestimmen und auf die Reinigungsqualität der Pflanzenkläranlage schließen.

Für ein besseres Verständnis der Pflanzenkläranlagen, haben wir uns

außerdem mit dem Aufbau und der Funktion einer solchen beschäftigt.

2. Summary

Trough the impact of climate change, the theme of environmental protection is

more currently then ever before. So the topic "plant sewage plant" seemed

meaningful to us, because it is a more environmentally friendlier alternative to

cleaning sewage municipally. We have specifically concentrated us on the

plant Ziegler in Neuselhalden in the near of Steinheim, because these is for us

geographically well attainable.

To determine the quality of the cleaned water, and hence to find out the

cleaning performance, we have periodically collected samples from the expiry

and some parameters qualitatively and quantitatively determined. From the

microbiological, chemical and physical field we examined the relevant

parameters, which can be extracted out of the following text.

In order better to understand why these parameters are so important, we have

also informed us about their effect on human, animal and environment.

Based on the results of our measurements, we were able to determine the

water quality and to find out the cleaning performance of the plant.

For a better understanding of the plant sewage plants, we have in addition,

also dealt with the construction and the function of such system.

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3. Zweck

Diese Facharbeit wurde geschrieben um die kaum bekannten

Pflanzenkläranlagen bekannter zu machen.

Am Beispiel der Pflanzenkläranlage Ziegler in Neuselhalden bei Steinheim

wurde die Qualität der Reinigungsleistung kontrolliert.

4. Pflanzenkläranlagen allgemein

Pflanzenkläranlagen sind eine gute Alternative zur kommunalen

Abwasserreinigung. Sie werden meist in kleinen Dörfern oder Aussiedlerhöfen

verwendet, da eine Verbindung an das zentrale Abwassernetz zu teuer und zu

umständlich wäre. Der Begriff ,,Pflanzenkläranlage" ist eher

umgangssprachlich. Da die Pflanzen nicht direkt an der Abwasserreinigung

beteiligt sind, lautet der korrekte fachliche Begriff ,,vollbiologische

Kleinkläranlage".

Die Größe einer solchen Pflanzenkläranlage hängt von der Einwohnerzahl ab

die dort angeschlossen werden. Die Mindestgröße allerdings beträgt 4

Einwohner.

Es gibt verschiedene Firmen die Pflanzenkläranlagen bauen, allerdings kann

sie auch unter fachlicher Anleitung zum größten Teil im Eigenbau errichtet

werden.

Als Vorbilder für die Pflanzenkläranlage dienten Sumpfgebiete und mit

Sumpfpflanzen bewachsene Flachwasserareale an Seen oder Flüssen, daher

verwendet man zur Unterstützung der Schilfpflanzen häufig Sumpfpflanzen.

Die Vorläufer der Pflanzenkläranlagen sind die Rieselfelder. Sie wurden im 19.

Jahrhundert erstellt, als die Belastung der Gewässer in großen Städten zu

groß wurde. Man hat das Abwasser auf naheliegende, nährstoffarme Böden

gepumpt. Durch sogenannte Dränrohre wurde das abgesickerte Wasser

wiederum in einen Bach- oder Flusslauf geleitet.

Bild 1: Funktionsweise der Rieselfelder

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Die durch die Nährstoffe aufgewerteten Böden wurden später

landwirtschaftlich genutzt oder haben sich zu interessanten Biotopen und

Vogelschutzgebieten entwickelt.

Das Prinzip der Rieselfelder wurde weiter ausgebaut und heute bestehen die

Pflanzenkläranlagen aus einer Vorklärung, dem Pumpenschacht, dem

Pflanzenbeet, einem Kontrollschacht und der Versickerung.

Bild 2: Aufbau einer Pflanzenkläranlage

Durch das Zusammenwirken von Mechanik, Biologie, Chemie und Physik

klären die Pflanzenkläranlagen das Wasser auf natürlichem Wege.

Die Vorreinigung ist mechanisch. Hierfür werden Absetzgruben oder

Ausfaulgruben verwendet. In der Absetzkammer wird der Klärschlamm durch

Absetzen und Aufschwimmen abgeschieden. Es gibt Einkammer- und

Mehrkammerabsetzgruben, wobei die Mehrkammerabsetzgrube meist drei

oder vier Kammern hat.

Die Ausfaulgruben haben ebenfalls drei bis vier Kammern, und sind etwa drei-

bis fünfmal so groß wie eine Mehrkammerabsetzgrube. Das Wasser hat hier

somit eine längere Aufenthaltszeit und die organischen Bestandteile des

Schlammes werden unter anaerobem Milieu1 abgebaut.

Der anfallende Schlamm kann entweder zu entsprechenden Entsorgungs-

Anlagen abgeführt werden, oder auf eine Klärschlammvererdungsanlage

ausgebracht werden.

Im Beschickerschacht ist eine Pumpe, die das Abwasser intervallweise oder

konstant auf das Pflanzenbeet pumpt. Bei natürlichem Gefälle ist keine Pumpe

notwendig.

Das Pflanzenbeet ist ein ausgehobenes Becken, das mit einer wasserdichten,

Folie ausgelegt wird um es gegen den Untergrund abzudichten. Das Becken

wird mit Sand- und Kiesschichten unterschiedlicher Korngröße befüllt. In das

Beet werden Sumpf- und Schilfpflanzen eingepflanzt, welche für die

Eintragung von Sauerstoff und die Auflockerung des Bodens sorgen. Das

Pflanzenbeet kann horizontal oder vertikal beschickt werden. Für die vertikale

Beschickung sind zusätzliche Rohre knapp über dem Kies nötig, um das

Wasser gleichmäßig auf der Fläche zu verteilen. Bei der horizontalen

Beschickung wird nur ein Rohr am Anfang des Beetes benötigt, durch das das

Wasser intervallweise auf das Beet gegeben wird.

1 ohne Sauerstoffanwesenheit

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Durch die Schwerkraft fließt das Wasser allerdings eher diagonal als

horizontal durch den Bodenkörper.

Bild 3: horizontale Beschickung einer Pflanzenkläranlage

Bild 4: vertikale Beschickung einer Pflanzenkläranlage

Das am Ende des Pflanzenbeetes abgesickerte Wasser sammelt sich und

wird durch einen Kontrollschacht geleitet. Hier werden durchschnittlich

zweimal im Jahr Stichproben genommen und analysiert.

Nach dem Kontrollschacht wird das Wasser entweder in einen Flusslauf

eingeleitet oder ins Erdreich versickert. Eine Versickerung ist nur bei einem

Sand, Kies oder Lehmboden und genügend Abstand zum Grundwasser

möglich. Durch eine Wasserrückführung kann das gereinigte Wasser zum

Beispiel für die Klospülung wiederverwendet werden.

5. Vorstellung der Pflanzenkläranlage Ziegler

Die Pflanzenkläranlage Ziegler befindet sich am Rande von Neuselhalden in

der Nähe des Hofes Ziegler.

Neuselhalden ist einer der neun Teilorte von Steinheim am Albuch, das am

nordöstlichen Ende der schwäbischen Alb liegt. Das Dorf liegt in Baden-

Württemberg und gehört zum Kreis Heidenheim.

Die Pflanzenkläranlage wurde im Sommer 2004 von einigen Einwohner und

der Firma Janisch & Schulz GmbH aus Gambach in Hessen gebaut.

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Da die Abwasserreinigung in Neuselhalden ein Problem darstellte, und ein

Anschluss an die Sammelkläranlage in Mergelstetten, die fast 20 km entfernt

ist, zu teuer war, entschied man sich für die Pflanzenkläranlage als

kostengünstigere und umweltfreundlichere Alternative.

Bild 5: Bauarbeiten

Durch das Engagement der Einwohner dauerte der Bau selbst nur knapp eine

Woche. Die Investitionskosten lagen zwischen 5000 und 6000 Euro, was den

Besitzer der Anlage, Helmut Ziegler, angenehm überraschte.

Die Anlage ist für 45 Einwohnerwerte (EW)2 ausgelegt und es wurden sechs

Höfe beziehungsweise Gebäude angeschlossen.

6. Aufbau

Die Pflanzenkläranlage Ziegler besteht aus je einer Dreikammerabsetzgrube

pro Haus als Vorklärung, einem Beschickerschacht, dem Pflanzenbeet, einem

Kontrollschacht und einer Versickerungsgrube.

Bild 6: Schema der Pflanzenkläranlage

2 Ein Einwohnerwert entspricht einer Person mit einer durchschnittlich produzierten Abwassermenge

von 150 Liter pro Tag (aus ,,Abwasserreinigung mit Pflanzen")

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6.1 Die Rohrverlegung

Bei der Rohrverlegung muss darauf geachtet werden, dass in der richtigen

Tiefe, dem frostfreien Bereich3 verlegt wird. In die Grabsohle wird eine Schicht

steinfreier Sand gegeben, darauf werden die Rohre verlegt und wiederum mit

Sand bedeckt. Bei der Anlage Ziegler wurden Rohre mit Durchmessern von

100 und 150mm (DN 100, DN 150) in Tiefen bis zu 130cm verwendet.

6.2 Die Vorklärung

In jedem der angeschlossenen Gebäude befindet sich eine Absetzkammer,

die von der Firma Mall Umweltsysteme GmbH aus Donaueschingen sind.

Unterhalb einer Absetzgrube wird mit Sand und Kies eine waagrechte Fläche

geschaffen. Jede Kammer besteht aus drei einzelnen Betonringen, die beim

Einbau aufeinander gesetzt und mit Schachtbaumörtel verbunden werden.

Nach oben hin schließt ein konisches Betonelement mit Betondeckel die

Absetzkammer ab.

Bei den Absetzgruben der Anlage Ziegler handelt es sich um

Dreikammergruben. Die erste Kammer nimmt dabei die Hälfte des Volumens

ein, die zweite und dritte Kammer jeweils ein Viertel.

Bild 7: Dreikammerabsetzgrube

Die verschiedenen Kammern sind über Tauchrohre verbunden. Bei den

Tauchrohren ist zu beachten, dass sie die richtige Eintauchtiefe haben. Sind

sie zu kurz, geraten Schwimmstoffe in die nächste Kammer, schlimmstenfalls

bis ins Pflanzenbeet. Sind die Rohre zu tief, reichen sie in den

Absetzschlamm. Die Tauchrohre in der Anlage Ziegler haben eine Länge

zwischen 30 und 50cm.

Das Abwasser läuft über ein Tauchrohr in die erste Kammer. Von dort aus

weiter in Kammer zwei und dann in Kammer drei. Von den Absetzgruben fließt

das sogenannte Klarwasser weiter zum Beschickerschacht.

3 ab 8cm Tiefe

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6.3 Die Beschickung

Der Beschickerschacht ist insgesamt 2,18m tief und hat einen Durchmesser

von 120cm. Beim Einbau ist, wie bei der Absetzkammer darauf zu achten,

dass eine waagrechte Fläche geschaffen wird.

Bild 8: Querschnitt des Beschickerschachtes

Das Wasser läuft über ein 150er Rohr von den Dreikammerabsetzgruben in

den Beschickerschacht. Von dort aus werden je 150l des vorgereinigten

Wassers intervallweise weiter auf das Pflanzenbeet geleitet.

6.4 Das Pflanzenbeet

Das Pflanzenbeet hat eine Länge von 20m, eine Breite von 7m und eine Tiefe

von 1,20m.

Bild 9: Querschnitt des Pflanzenbeetes

Auf der Beetsohle ist eine wasserdichte hochwertige Folie ausgelegt, die das

Beet gegen den Untergrund abdichtet.

Auf der Folie sind verschiedene Schichten an Sand und Kies aufgeschichtet.

Die unterste Schicht, die Stützschicht, besteht aus 20 cm grobem Kies mit

einer Korngröße von 16 ­ 32mm. Darauf folgt eine 10 cm dicke Schicht aus

feinem Kies mit einer Korngröße von 2 ­ 8mm.

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