-SPECIAL 6/2008. die Grobkiesschicht sickernde Wasser kann über Bodenöffnungen in den Pumpenschacht

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1 Im Langzeitbetrieb bewährt DIBt-Zulassung für unbepflanzten Bodenfilter Dipl.-Ing. Bernd GOLDBERG Ein Bodenfilter ohne Pflanzen gehört zu den Ausnahmeerscheinungen der dezentralen Anlagen. Die Reinigungsleistungen überzeugen. Zulassung für Launhardt-Reaktor Das Deutsche Institut für Bautechnik, Berlin, hat am unter der Zulassungsnummer Z für Kleinkläranlagen; unbepflanzte Bodenfilter nach Mehrkammergruben, für 3 bis 35 EW; System Launhardt-Reaktor, Ablaufklasse N erteilt. Bei diesem Unbepflanzten Bodenfilter handelt es sich um eine vertikal durchströmte Anlage ohne Bepflanzung. Es ist die dritte DIBt-Zulassung für derartige Anlagen. Die Zuordnung erfolgte unter Schlüsselnummer-Typ Z-55.4, der in den zurück liegenden Jahren verschiedenartige Sand- und Bodenfilter zugeordnet wurden. Kennzeichnend für die früheren Sand- und Bodenfilteranlagen ist die Anordnung des Filterkörpers in einem Betonschachtbehälter. Die bisher erteilten DIBt-Zulassungen für Bepflanzte Bodenfilter tragen die Zusatzbezeichnung Pflanzenbeet. Sie entsprechen Kleinkläranlagen nach dem ATV-A 262 bzw. DWA-A 262 Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Pflanzenkläranlagen mit bepflanzten Bodenfiltern zur biologischen Reinigung kommunalen Abwassers, Da der Bodenfilter des Launhardt- Reak tors nicht bepflanzt ist, entspricht er nicht vollständig den Bestimmungen des vorgenannten DWA-Arbeitsblatts. Es fehlen die stark rhizombildenden und tiefwurzelnden Helophyten oder Röhrichtpflanzen. Launhardt Reaktor Hinsichtlich der meisten Merkmale entspricht der Launhardt-Reaktor den Anforderungen des DWA-A 262. Dies betrifft insbesondere die mechanische Abwasservorbehandlung: Mehrkammergrube gemäß DIN , z. B. 6 EW l/ew Querschnitt Ablauf Teichfolie 0,1 Wasserstandsanzeige Grobkies 16/32 gewaschen Umwälzpumpe mit R-Ventil Nutzwasserpumpe Böschungsmatte auf Folie Verrohrung unten gelocht (ø 4) 60 cm Kies Körnung 0/2 (gewaschen und gesiebt) Steigrohr Zulauf Körnung 2/ Foliendurchbruch Zulauf auf dem Vlies verlegt Vlies TS 30 Quelle: Deutsches Institut für Bautechnik UNBEPFLANZTER BODENFILTER: Bild 1 Typ Launhardt-Reaktor, Schnittdarstellung nach DIBt-Zulassung Z Beetfläche 4 m²/ew Beetbetthöhe nach DWA-A 262: 50 cm Beetbetthöhe beim Launhardt-Reaktor: 60 cm. Das Beetbettmaterial des Filterkörpers hat nach DWA-A 262 und beim Launhardt-Reaktor folgende Merkmale: k f -Wert: 10-4 m/s bis 10-3 m/s Wirksame Korngröße d 10 0,2 bis 0,4 mm Feinkornanteil (< 0,063 mm): < 2 % Ungleichförmigkeitsgrad U < 5 Der Zulassungsinhaber bestimmt mit den Einbauhinweisen in der DIBt-Zulassung folgendes Filtermaterial: gesiebten und gewaschenen Sand RK 0/2 mm nach EN Abdichtung des Beetbettes: Kunststoffdichtungsbahn, PE-Basis, UV-beständig, Foliendicke 1 mm. Der Launhardt-Reaktor arbeitet gegenüber dem DWA-A 262 mit kürzeren Beschickungspausen und geringeren Beschickungshöhen (Tabelle 1). Konstruktion des Launhardt-Reaktors Der Autor hat den Launhardt-Reaktor bereits 2004 in der ersten Ausgabe seines Buches Kleinkläranlagen heute und unverändert 2006 in der zweiten Auflage vorgestellt. Die in Bild 1 dargestellte Anlagenausbildung aus der DIBt-Zulassung entspricht grundsätzlich der technischen Lösung, die dem Autor seit 2004 bekannt ist (Bild 2). Die wichtigsten Merkmale sind: die Abwasserverteilung erfolgt mit PVC-Rohren, da 32 mm, die an der Unterseite Austrittsöffnungen haben (Bild 3) Abstand der Beschickungsrohre 0,50 bis 0,60 m Einbettung der Beschickungsrohre in eine obere Kiesschicht 2/8 mm, Schichthöhe 20 cm Beschickung der Anlagen Tab. 1 DWA-A 262 Launhardt-Reaktor Beschickungspausen 6 Stunden 2 Stunden Beschickungshöhen 20 l/m² 3 bis 4 l/m² Beschickungsvolumenstrom 6 l/m² * min 3 bis 4 l/m² * min 26 SPECIAL ABWASSER DEZENTRAL 6/2008

2 -SPECIAL 6/2008 die Grobkiesschicht sickernde Wasser kann über Bodenöffnungen in den Pumpenschacht einströmen. Weitere konstruktive Merkmale: Leitungsdurchgänge siehe Bild 5 Beetabdichtung: Flanschrohrstutzen mit Losflansch Pumpenschacht: PVC-Tankverschraubungen Im unbepflanzten Bodenfilter ist eine Wasserstandsanzeige in Form eines Schwimmers in einem HT-Rohr, da 75 mm als Störmelder (Bild 6) angeordnet. LAUNHARDT-REAKTOR: Bild 2 Pumpenschacht unter der Filtermaterialschicht Sand 0/2 mm, Schichthöhe 60 cm ist eine untere Grobkiesschicht 16/32 mm als Ablauffilterdrän angeordnet. Ein Vlies TS 30 auf der Grobkiesschicht verhindert eine Auswaschung des Filtermaterials in diese Ablaufdränschicht. Foto: Goldberg Der Zulauf zu den Abwasserverteilungsrohren ist als Schlauchleitung auf dem Filtervlies verlegt. In dem mit einer Folie abgedichteten Beet ist ein Pumpenschacht (Bild 4) mit einer Rezirkulationspumpe und einer Klarwasserpumpe angeordnet. Das durch Verfahrenstechnische Merkmale Kennzeichnend für den Launhardt-Reaktor ist die wechselweise Beschickung mit Abwasser aus der Anlage zur Vorbehandlung und von bereits biologisch gereinigtem Abwasser aus dem Pumpenschacht in kleinen Gaben. Dazu sind die Beschickungspumpe und die Rezirkulationspumpe je mit einem Rückschlagventil ausgestattet. Die Mehrkammergrube für die Abwasservorbehandlung hat auch die Funktion eines Abwasserspeichers. Die Beschickungspumpe ist in der letzten Kammer der Mehrkammer- ABWASSER DEZENTRAL SPECIAL 27

3 AUFBAU: Abwasserverteilungsrohre aus PVC (da 32 mm) Bild 3 in der oberen Kiesschicht 8/16 mm PUMPENSCHACHT: Bild 4 mit Rezirkulationspumpe und Klarwasserpumpe Fotos (2): Müller grube für die Abwasservorbehandlung hängend angeordnet. Sie hat eine geringe Förderleistung und verfügt über einen Schwimmerschalter. Innerhalb der Füllstandslamelle bei Schwimmer ein wird die Beschickungspumpe mit einer elektronischen Zeitschaltuhr gesteuert. Die Steuerung beinhaltet 8 Beschickungen täglich. Bei einer 4 EW-Anlage mit einem Abwasseranfall von ca. 400 l/d werden mit einer Beschickung damit nur ca. 50 l auf das Beet gefördert. Bei der Beetfläche von 16 m² resultiert daraus eine Einzelbeschickung von 3,12 l/m². Durch den geringen Abstand der Beschickungsleitungen wird auch bei den geringen Beschickungshöhen je Gabe eine vollständige Verteilung des Abwassers und Durchfeuchtung des Filtermaterials erreicht. Zwischen den Beschickungen mit vorbehandeltem Abwasser wird mit der Rezirkulationspumpe biologisch behandeltes Abwasser zurückgefördert das erfolgt bis zu 7 bis 8 Mal täglich und auch mit geringem Volumenstrom. Das Klarwasser wird nur einmal täglich aus dem Pumpenschacht abgefördert. Zwischen den Klarwasserförderungen hat die untere Grobkiesdränschicht des unbepflanzten Bodenfilters die Funktion eines Speichers. Bei einem Abwasseranfall von 150 l/ew * d, einer Beetfläche von 4 m²/ew und einem Porenvolumen der Grobkiesdränschicht von 33 % erreicht die Aufstaulamelle eine Höhe von 113 mm. Da der Abwasseranfall in der Regel jedoch kleiner als 150 l/ EW * d ist, kann von einem Aufstau unter 100 mm ausgegangen werden. Der Inhaber der DIBt-Zulassung bezeichnet den Vorgang der Klarwasserabförderung als Beatmung des Bodenfilters, benennt seinen Launhardt-Reaktor deshalb auch als beatmeten Bodenfilter und hat dafür zwei Patente erhalten. Für die Rezirkulation und die Klarwasserförderung werden Teichpumpen mit horizontaler Pumpenachse und ohne Schwimmerschalter eingesetzt. Beide Pumpen werden ebenfalls je mit einer elektronischen Zeitschaltuhr gesteuert. Die tägliche Gesamtbetriebszeit der drei Pumpen ist so eingestellt, dass der normale Abwasseranfall mit einer bestimmten Sicherheit gefördert werden kann. Bei Unterschreitung des normalen Abwasseranfalls wird die Betriebszeit der Beschickungspumpe durch den Schwimmerschalter dieser Pumpe begrenzt. Für die Rezirkulationspumpe ist bei Unterschreitung des normalen Abwasseranfalls keine Sicherheitsabschaltung erforderlich, da sie unterhalb eines Min-Füllstandes im Pumpenschacht positioniert ist und das Wasser aus jeder Rezirkulations-Beschickung intern wieder zum Pumpenschacht zurückströmt. Bei der Klarwasserpumpe wird auf eine Sicherheitsabschaltung verzichtet, da sie für einen Trockenlauf ausgestattet ist. Bei Überschreitung des normalen Abwasseranfalls, z. B. aus einem Wochenendbesuch, wirken die Mehrkammergrube für die Abwasservorbehandlung und der Bodenfilter als Mehrtagesspeicher, aus dem die zusätzliche Abwassermenge an den folgenden Tagen abgebaut wird. Das Erreichen von Max-Füllständen in der Mehrkammergrube und im Bodenfilter wird mit je einem Störmelder optisch signalisiert. Warum ein unbepflanzter Bodenfilter? Herr Launhardt, der Namensgeber des Abwasserreinigungsprinzips entstammt nicht der Gilde der Abwassertechniker, sondern ist ein Teichgärtner. Umso verwunderlicher erscheint es, dass dieser Bodenfilter nicht bepflanzt wird. In die konstruktive Lösung flossen jedoch seine Gärtner-Erfahrungen und auch eine Menge Naturphilosophie mit hinein. Die technische Ausführung hat sich über viele Jahre entwickelt. Er bietet die inzwischen vielfach bewährte Lösung als so 28 SPECIAL ABWASSER DEZENTRAL 6/2008

4 LEITUNGSDURCHGÄNGE: Bild 5 Flanschrohrstutzen mit Losflansch in der Beetabdichtung (oben), PVC-Tankverschraubungen im Pumpenschacht (vorn) WASSERSTANDSANZEIGE: Bild 6 in Form eines Schwimmers in einem HT-Rohr, da 75 mm, als Störmelder Fotos (2): Goldberg genannten Selbstbausatz mit einer umfassenden und verständlichen Bauanleitung und dem Anspruch an, dass der Grundstückseigentümer nahezu alle Störungen selbst erkennen und beseitigen kann. Warum unbepflanzter Bodenfilter? Hier soll lediglich auf die möglichen Probleme der Akkumulation von Wurzelmasse im Beetbett einer Pflanzenkläranlage ver wiesen werden. Das kann bei einem unbepflanzten Bodenfilter nicht passieren. Der unbewachsene Bodenfilter ist übrigens nicht von Herrn Launhardt erfunden worden er hat das Prinzip jedoch weiterentwickelt. Der Autor will nicht werten, weshalb bepflanzte Bodenfilter als Pflanzenkläranlagen häufiger angewandt werden und der unbepflanzte Bodenfilter im Regelwerk der DWA nicht mit benannt wird. Es lässt sich jedoch bestätigen, dass der unbepflanzte Bodenfilter in der Ausbildung als Launhardt-Reaktor sicher funktioniert und mit ihm eine sehr gute Ablaufbeschaffenheit erzielt werden kann. Dass es für den unbepflanzten Bodenfilter von Herrn Launhardt eine Allgemeinen bauaufsichtliche Zulassung durch das DIBt gab, ist der großen Beharrlichkeit und Geduld eines Gärtners geschuldet. Aber auch die Angepasstheit der Anlage an die Umwelt und die Randbedingungen der aardt haben daran einen Anteil gehabt. Prüfbericht der MFPA Weimar Die praktische Prüfung der Reinigungsleistung des Launhardt-Reaktors nach DIN EN erfolgte auf dem Prüffeld der Materialforschungs- und Prüfanstalt (MFPA) Weimar. Zusammenfassung der Ergebnisse : BSB 5 -Abbauleistung 99,1 % CSB-Abbauleistung 95,8 % Mittelwerte der Ablaufbelastung: BSB 5 3 mg/l CSB 27 mg/l. Nach einer dreimonatigen Betriebszeit der praktischen Prüfung lag die Ammoniumkonzentration im Ablauf durchgängig auf geringem Niveau. Die gemessenen Werte und der Energieverbrauch: NH 4 -N bei über 12 C 0,6 mg/l (vollständige Nitrifikation) abfiltrierbare Stoffe 5 mg TS/l mittlere Energieverbrauch 0,32 kwh/d (0,08 kwh/ew * d). Die Prüfanstalt hat einen äußerst geringen Wartungsaufwand bescheinigt. Für die praktische Prüfung des unbepflanzten Bodenfilters zur Erlangung der DIBt-Zulassung erfolgte die Abwasservorbehandlung in der vorgeschalteten Mehrkammergrube ausschließlich durch Sedimentation und ohne Zugabe von Additiven. Bewertung des Launhardt-Reaktors Beim unbepflanzten Bodenfilter besteht für die Grundstückseigentümer die Möglichkeit, mit einem hohen Anteil an Eigenleistungen zu einer praktikablen Lösung beizutragen. Die eingesetzten elektrischen und maschinentechnischen Komponenten sowie der Einbau der Rohrleitungen und Leitungsdurchgänge ABWASSER DEZENTRAL SPECIAL 29

5 Ergebnisse der Beprobung Tab. 2 Parameter Pumpenschacht Speicher Wassertemperatur C 7,4 7,1 ph-wert 6,12 6,35 Trübung TE 0,55 0,78 CSB mg/l 32,8 38,6 NH 4 -N mg/l 6,06 1,10 NO 3 -N mg/l 43,2 42,6 NO 2 -N mg/l 0,137 0,104 N gesamt mg/l 63,7 60,1 O 2 mg/l 2,68 1,97 sind leicht zu handhaben und sicher. Die Steuerung ist sehr einfach. Kritisch wird die bei einzelnen Anlagen angetroffene Anordnung von Steckdosen im Pumpenschacht bewertet. Die Störmelder sind eine pfiffige und trotzdem sichere Lösung. Bepflanzungen der Bodenfilter mit Steingartenpflanzen und die Belegung mit Natursteinen oder anderen Schmuckelementen haben keine funktionelle Aufgabe. Wesentlich beim Bau einer solchen Anlage ist wie bei allen Bodenfilteranlagen, der Einbau des vorgeschriebenen Filtermaterials mit einem sehr geringen Feinkornanteil. Mit täglich nur einer Klarwasserförderung aus dem Pumpenschacht ist das Betriebsregime zyklisch. Bis zum Zeitpunkt der Klarwasserförderung verbessert sich die Beschaffenheit des Klarwassers im Pumpenschacht in einem bestimmten Rahmen mit jeder Rezirkulation. Dieser Sachverhalt sollte bei Beprobungen in den Vormittagsstunden berücksichtigt werden, weil die Anlagen meist so eingestellt sind, dass die Klarwasserförderung in den Abendstunden erfolgt. Der Autor hat am einen bereits im Jahre 1994 gebauten unbepflanzten Bodenfilter vom Typ Launhardt-Reaktor im Salzlandkreis (Sachsen-Anhalt) besichtigt und beprobt. Bis auf konstruktive Details entspach die besichtigte Anlage der Lösung gemäß der DIBt-Zulassung. Nach der mehrjährigen Betriebszeit konnten an dem besichtigten Bodenfilter keine nachteiligen Verschleißerscheinungen festgestellt werden, z. B. kein Unkrautbewuchs, keine Pfützenbildung an der Filteroberfläche. Am Pegelrohr des Störmelders wurde kein Wassereinstau gemessen. Das biologisch gereinigte Abwasser im Pumpenschacht war organoleptisch klar und geruchsfrei. Am Boden des Pumpenschachtes wurden kein Sediment aus ausgeschwemmter Biomasse oder Filtermaterial angetroffen. An den beim Einbau installierten Pumpen und den Pumpensteuerungen konnten keine Funktionsbeeinträchtigungen festgestellt werden. Die Mehrkammergrube der besichtigten Anlage wird mit einer Dosierung von Additiven zur Mineralisierung des sedimentierten Schlammes betrieben. Das biologisch behandelte Klarwasser landete in einem Speicher zur manuellen Entnahme von Gießwasser für die Bewässerung. Von einem Überlauf des Speichers fließt das Klarwasser in einen Schönungsteich mit einem Sickersaum zur Verbringung des biologisch gereinigten Abwassers in das Grundwasser. Es wurden beprobt und analysiert: Pumpenschacht Klarwasserspeicher. Die Probenentnahme fand am , bis Uhr statt. In der Tabelle 2 finden Sie die Beprobungsergebnisse. Beurteilung Die organische Ablaufbelastung (CSB) liegt deutlich unter den Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser in ein Gewässer nach den Zulassungsgrund - sätzen für Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen für die Anwendung von Kleinkläranlagen nach DIN EN (Stand Januar 2005). Die gemessenen CSB-Werte vom Ablauf des besichtigten unbepflanzten Bodenfilters liegen geringfügig über dem Mittelwert von der Anlage für die praktische Prüfung (27 mg/l). Auf die Vermessung der leicht abbaubaren organischen Substanzen (BSB 5 ) wurde aufgrund der sehr geringen CSB-Ablaufwerte verzichtet. Die gemessenen Stickstoffwerte belegen auch bei den deutlich unter 12 C liegenden Temperaturen eine weitgehende Nitrifikation im unbepflanzten Bodenfilter. Der Vergleich der Messwerte für NH 4 -N und N ges im Pumpenschacht, Zustand der Abwasserbehandlung am , Uhr und im Speicher, abgepumptes Klarwasser vom , Uhr, spricht für die Annahme, dass sich die Ablaufbeschaffenheit bis zum Zeitpunkt der Abförderung in einem bestimmten Rahmen vermindert. Die Trübungswerte vom Klarwasser aus dem besichtigten unbepflanzten Bodenfilter sind geringer als der Grenzwert für Trinkwasser (1,0 TE) nach der Trinkwasserverordnung. Die geringfügig höheren Messwerte beim CSB und bei der Trübung im Speicher gegenüber dem Pumpenschacht können mit Sekundäreinflüssen begründet sein. Zusammenfassung Mit der Erteilung einer Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung durch das DIBt für einen unbepflanzten Bodenfilter wurde erstmalig einer Pflanzenkläranlage ohne Bepflanzung im Ergebnis einer praktischen Prüfung nach DIN-EN bescheinigt, dass diese Anlagen in der Lage sind im Vor-Ort-Einsatz die Anforderungen an die Ablaufklasse N für Kleinkläranlagen einzuhalten, obwohl BUCHTIPP: BESTELL-HOTLINE dieser Anlagentyp nicht im DWA-A 262 erwähnt wird und die Beschickungspausen, -höhen als auch die Beschickungsintensität mit Abwasser aus der Vorbehandlung geringer sind, als die entsprechenden Richtwerte dieses Regelwerks. Der Autor hat am 29. Januar 2008 eine seit über 13 Jahren in Betrieb befindliche Anlage dieses Typs besichtigt und untersucht. Es wurde eine sehr gute Reinigungsleistung hinsichtlich der organischen Inhaltstoffe, eine weitgehende Nitrifikation sowie eine beachtliche Denitrifikation festgestellt. Die Trübung des Klarwassers dieses unbepflanzten Bodenfilters lag deutlich unter dem Grenzwert für Trinkwasser nach der Trinkwasserverordnung. KONTAKT Bernd Goldberg Kleinkläranlagen heute 2., überarbeitete und erweiterte Auflage 2007, 328 Seiten, ca. 90 Fotos, 48 Tabellen, 34,80 huss-shop Berlin Tel.: Fax: bestellung@huss-shop.de Dipl.-Ing. Bernd GOLDBERG Förstersteig Wandlitz/OT Basdorf Tel.: / Fax: / goldbergbernd@arcor.de 30 SPECIAL ABWASSER DEZENTRAL 6/2008