Was ist Xylit und warum ist es so wirksam für die Algenbekämpfung und Wasserreinigung in Teichen?

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1 Was ist Xylit und warum ist es so wirksam für die Algenbekämpfung und Wasserreinigung in Teichen? Ausgangslage: Vielen Gewässern fehlen die Grundlagen für eine vielfältige Strukturiertheit. Nur wenn unterschiedliche Lebensräume angeboten werden, kann sich eine komplexe Struktur entwickeln. Diese komplexe Struktur kann dann Störeinflüsse besser puffern. In dem System gibt es natürlich Algen, da sie zu jedem natürlichen System am Wasser dazu gehören, aber sie nehmen nicht überhand und sind nicht dominierend. Man kann bestimmte Stellgrößen einbauen, die im Sinne einer Biomanipulation positive Ergebnisse Richtung Wasserreinigung erbringen. Allerdings ist schon ein kleiner Gartenteich zu komplex, um alle Entwicklungen vorhersagen zu können (zumindest mit vertretbarem Aufwand). Was man tun kann, ist die richtigen Grundlagen zu schaffen. Die eigentliche Wasserreinigung erfolgt in einem vernetzten System unterschiedlicher Organismen. Diese bewirken den Abund Umbau organischer Masse in die ursprünglichen Grundbestandteile. In einem System, das wasserreinigende Grundlagen unterstützt, geht es zunächst darum, Aufwuchsfläche für Bakterien, für tierische und pflanzliche Organismen zu schaffen. Im Folgenden soll nun beschreiben werden, wie die Xylit-Faser eine wichtige Basis für die Entwicklung eines komplexen aquatischen Systems ist. Hier zunächst nur eine kurze Zusammenfassung und Einordnung, die in den nächsten Seiten weiter ausgeführt wird: Xylitfaser besitzt eine (bei organischen Stoffen) unvergleichbar große Oberfläche und hat ein hohes Adsorptionsvermögen. Dies führt dazu, dass sich auf der Oberfläche der Fasern organische Stoffe sehr schnell und in hoher Konzentration anlagern. So ist die Faser anderen Filtermaterialien / Aufwuchsflächen überlegen, da sie durch das erhöhte Nahrungsangebot von Bakterien schnell und intensiv besiedelt wird. Die Bakterien sind nun wieder Nahrungsgrundlage für weitere Organismen bis hin zu Kleinkrebsen. Dieses Zooplankton ernährt sich dann auch von Algen und ist damit eine wichtige Stellgröße, die Algenbiomasse verringert und die Sichttiefe verbessert Im Foto links die Faserstruktur einer Xylit-Walze nach der Produktion (vor dem Einbau).

2 Hohe Adsorptionsfähigkeit Beim Xylit handelt es sich um holzartige Fasern, die in der Rohbraunkohle eingebunden sind. Sie können in Deutschland in großen Mengen gewonnen werden. In Folge der vor Millionen Jahren eingesetzten bio- und geochemischen Umwandlungsprozesse existiert eine hohe Anzahl polarisierter Gruppen, die Nährstoffe, Spurenelemente aber auch Schadstoffe hervorragend binden können. PO 4 -P [mg/l] 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Adsorption von Phosphat im Wasser mit der Standard-Walze in mg/l 2,00 1,80 0,95 0,54 0,45 0,44 0,37 0,41 0,27 0,30 0, Laborversuche der TU Cottbus im ersten Versuchsjahr 2011 mit der Standard-Xylitwalze. Große innere Oberfläche Die Xylitfasern sind stark gegliedert. Sie haben eine hohe innere Porosität und eine große spezifische Oberfläche, die bedeutend umfangreicher ist als vergleichsweise bei Holzwolle oder Kokosfaser. Die innere Struktur der Faser ist rau und die Faserbündel sind grob strukturiert. Die große Oberfläche (zusammen mit Ionenaustauschkapazität) führt zu einer hohen Adsoprtionsrate von Phosphat (schon nach 3 Tagen um 90 %). Die Aufnahme zeigt die oben benannte starke Strukturiertheit der Fasern. Sie enthalten die Kapillaren der ehemaligen Pflanzenfasern. Die große spezifische Oberfläche ist am ehesten mit der eines Tropfkörpers vergleichbar und bietet ausgezeichnete Voraussetzungen für eine mikrobielle Besiedlung. Optimale Reinigungseffekte ergeben sich bei einer spezifischen Packungsdichte (Aufbereitungsform der Xylit-Walzen).

3 Struktur Habitat Die Faserstruktur und die große, innere Oberfläche der einzelnen Xylit-Walze bietet einen vor Strömung und Fressfeinden geschützten Lebensräume für Kleinstlebewesen, Insektenlarven, Amphibien, aber auch für Fische und deren Laich. Zusätzlich reduziert die Rauheit der Walzen die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und verringert das passive Verfrachten des Zooplanktons. So kann eine Konzentration des Zooplanktons im Xylitkörper unterstützt werden. Mikrobielle Besiedlung und Biofilm Die Abbildung unten zeigt die mikrobielle Besiedlungsfähigkeit von Xylitfasern; es entsteht in kurzer Zeit ein dichter Biofilm. Aufnahme aus: Reznichenko, O.: Herstellung von Brennstoffagglomeraten aus Kohlen Diss Freiberg Auf dieser großen, inneren Oberfläche werden durch die Ionenaustauschkapazität die mineralisierten Pflanzennährsalze (insbesondere Stickstoff und Phosphat) an der Xylit- Faser adsorbiert. So entsteht ein sogenannter biologischer Rasen aus Mikroorganismen, der wiederum die Grundlage für den Abbau von Nährstoffverbindungen ist. Das gute Adsorptionsverhalten bietet dem Zooplankton optimale Nahrungsbedingungen und sichert so die Nahrungskette der höheren Lebewesen. Damit werden Grundlagen für die Erholung von geschädigten Ökosystemen im und am Wasser geschaffen. Bei unseren Untersuchungen hat sich die Besiedlung von Xylitwalzen mit Mikroorganismen innerhalb weniger Monate um den Faktor erhöht.

4 Verrottungsresistenz: Als weiteren wichtigen Punkt für die strukturelle Beschreibung von Xylitfaser in Hinblick auf die Einsetzbarkeit für die Wasserreinigung ist die Verrottungsresistenz. Diese Resistenz gegenüber einem biologischen Abbaus basiert auf der hohen Stickstoffstabilität des Xylits. Diese ist wesentlich durch das C / N Verhältnis charakterisiert. Bei einem C / N Verhältnis, das größer als 40:1 ist, können sich die Mikroorganismen auf Grund des Stickstoffmangels nur langsam entwickeln. Xylit hat ein C / N Verhältnis von 215:1. Die Xylitfasern besitzen folglich kaum mikrobiell abbaubare Kohlenstoffquellen. So sind auch nach 1 1/2 Jahren nur geringe Substanzverluste zu verzeichnen (maximal 5 %; davon sind aber im ersten halben Jahr schon 3 % zu verzeichnen; insbesondere aus noch anhaftenden Xylit-Stäuben. D.h. in den folgenden Jahren wird nur ca. 2 % jährlich abgebaut. Kokos hingegen hat nach 1 ½ Jahren je nach Bedingungen (aerob / anaerob) Substanzverluste von %). Schaffung von Lebensräumen für Kleinstlebewesen im Wasser Viele Kleinstlebewesen haben durch die hohe Belastung der Gewässer und die intensive Nutzung der Uferbereiche ihren Lebensraum verloren. Und viele Gewässer bieten z.b. keine Flachwasserzonen, an denen sich Röhrichtpflanzen ausbreiten können und einen vielfältig strukturierten Lebensraum mit einer großen besiedelbaren Oberfläche bieten. Oder es fehlen Bereiche mit Totholz, die sowohl Oberfläche, Nische und Nahrung für Organismen darstellen. Vegetationstechnische Systeme im oder am Wasser können nun geschützte Lebensräume für Kleinstlebewesen (z.b. Zooplankton), Insektenlarven, Amphibien aber auch für Fische und deren Brut sein. Die Walzen/Matten/Körper auf Xylit-Basis bieten diesen Lebewesen Schutzräume für ihre Entwicklung. Mit ihrer Ansiedlung erhöht sich gleichzeitig der Fraßdruck auf die Algen.

5 Welche biologischen Prozesse könne beschrieben werden? Dies geht natürlich nur idealtypisch; denn in der Praxis bestehen immer dynamische Prozesse und Wechselwirkungen, die sich einer einfachen Beschreibung entziehen. Wie wir mittlerweile durch viele Untersuchungen wissen, besitzt die Xylitfaser eine (bei organischen Stoffen) unvergleichbar große Oberfläche und ein hohes Adsorptionsvermögen. Dies führt dazu, dass sich auf der Oberfläche der Fasern organische Stoffe sehr schnell und in hoher Konzentration anlagern. So ist die Faser anderen Filtermaterialien / Aufwuchsflächen überlegen, da sie durch das erhöhte Nahrungsangebot für Bakterien viel attraktiver ist. Idealtypisch bauen nun diese Bakterien die im Wasser gelöste organische Substanz ab und mineralisieren sie (z.b. zu Nährsalzen aus Phosphor und Stickstoff). Diese werden dann wieder von den Pflanzen (höhere Pflanzen und auch Algen) aufgenommen oder bleiben an der Faser (Ionenaustauschkapazität) absorbiert. Ebenfalls idealtypisch bilden diese Bakterien nun wieder Nahrungsgrundlage für Wimperntierchen, diese für Rädertierchen und diese für Kleinkrebse. Dieses Zooplankton ernährt sich auch von Algen (dies soll hier nicht weiter differenziert werden, sondern nur die allgemeinen Tendenzen herausgestellt werden). Besonders wichtig als effektiver Algenfiltrierer sind die größeren Kleinkrebsformen (z.b. Ruderfußkrebs, Wasserflöhe). Diese bewirken dann eine Verringerung der Algenbiomasse und verbessern die Sichttiefen. In dieser Skizze haben wir die Nahrungskette idealtypisch für den Wurzelraum unter unseren Röhrichtinseln beschrieben. Zusätzliche hydraulische Faktoren: Es wird auch davon ausgegangen, dass die Xylitfasern mit ihrer großen Oberfläche das passive Verfrachten des Zooplanktons durch Strömungen auf Grund der Unbeweglichkeit bzw. der zu geringen Eigenbeweglichkeit des Planktons behindern, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in diesen Bereichen reduziert wird. Somit kann die Konzentration des Zooplanktons im Xylitkörper unterstützt werden. Gleichzeitig werden die Algen (durch mechanische Fixierung der Algenteppiche sowie durch das hohe Angebot an Nährstoffen, die sich an das Xylit anlagern) ebenfalls im/am Xylitkörper konzentriert. Das Zooplankton findet hier optimale Nahrungsbedingungen und sichert gleichzeitig die Nahrungskette der höheren Lebewesen. Damit können Grundlagen für die Erholung von geschädigten Ökosystemen im /am Wasser geschaffen werden. Die Faserstruktur und die große, innere Oberfläche der einzelnen Xylit-Walze bietet einen vor Strömung und Fressfeinden geschützten Lebensräume für Kleinstlebewesen, Insektenlarven, Amphibien aber auch für viele Fische und deren Laich.

6 Zusätzlich reduziert die Rauheit der Walzen die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und verringert das passive Verfrachten des Zooplanktons. So kann eine Konzentration des Zooplanktons im Xylitkörper unterstützt werden.