Regenwassertage 8./9. Juni 2010, Bremen

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1 Regenwassertage 8./9. Juni 2010, Bremen Erfahrungen mit der Komposition von Bodenfilter-Materialien Dipl.-Ing. Stefan Frackowiak Forschungsgemeinschaft Landschaftsbau und Wasserwirtschaft AG, Holzwickede

2 Gliederung Einführung in die Thematik Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen Auswirkungen durch Substratmodifikationen Fazit

3 Einführung in die Thematik Arbeits- und Merkblätter zum Thema Bodenfilter DWA-A 166 Bauwerke der zentralen Regenwasserbehandlung und -rückhaltung DWA-A 262 Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb für Pflanzenkläranlagen mit bepflanzten Bodenfiltern zur biologischen Reinigung kommunalen Abwassers DWA-M 178 Empfehlungen für Planung, Bau und Betrieb von Retentionsbodenfiltern zur weitergehenden Regenwasserbehandlung im Misch- und Trennsystem DWA-A 138 Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser

4 Einführung in die Thematik Begriff Bodenfilter Synonym für naturnahes Verfahren zur Abwasserbehandlung über einen natürlichen oder künstlichen Bodenkörper Beispiele für Bodenfilter Pflanzenkläranlagen Retentionsbodenfilter anstehende Bodenmatrix primäre Aufgabe Abtrennung partikulärer und gelöster Stoffe aus dem Abwasser

5 Einführung in die Thematik Reinigungsprozesse Filtration Sorption biochemische Prozesse Filtration: mechanischer Rückhalt partikulärer Substanzen überwiegend an Oberfläche und oberen Schichten des Filters abhängig von Körnung, Porosität und Durchfluss

6 Einführung in die Thematik Sorption: Adsorption von org. und anorg. Ionen an das Filtersubstrat abhängig von ph-wert und Sorptionskapazität des Materials Einfluss Biofilm, Sedimente biochemische Prozesse: Umsatz/Abbau org. Substanzen durch Mikroorganismen Sauerstoff, Temperatur und Feuchtegehalt regenerativ

7 Einführung in die Thematik Anforderungen an Bodenfiltersubstrate bei Pflanzenkläranlagen (DWA-A 262) wirksame Korngröße bei d 10 zwischen 0,2 und 0,4 mm enggestufte Korngemische mit stetiger Kornverteilungslinie Ungleichförmigkeit: U < 5 bindige Anteile < 2% k fa 10-4 m/s 10-3 m/s Einbauhöhe 50 cm verdichtungsfreier Einbau

8 Einführung in die Thematik bei Retentionsbodenfiltern (DWA-M 178) k fa 10-4 m/s empfohlene Korngrößenverteilung Empf ohlene Korngrößenverteilung f ür Filtersubstrate im Misch- und Trennsystem, DWA-M 178, [2005]

9 Einführung in die Thematik Carbonatgehalt bei RBF im TS 5 bis 10 % im MS 10 bis 25 % kantengerundetes Material Einhaltung der LAGA Z0-Werte Einbauhöhe für Anlagen im TS 50 cm im MS 75 cm verdichtungsfreier Einbau

10 Einführung in die Thematik bei Niederschlagsversickerungsanlagen (DWA-A 138) k f -Wert von 10-3 m/s 10-6 m/s angestrebter ph-wert 6-8 bei Bodenmelioration: max. 10 % Ton-Schluff- Anteile (Anhaltswert!) max. 1-3 % Zugabe von Organik Schichthöhe/Mächtigkeit des Sickerraums 100 cm

11 Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten Sand gute Wasserführung gute Durchlüftung geringe Wasserspeicherkapazität glatte, geschlossene Kornoberfläche hohe Froststabilität kostengünstig

12 Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten Kalkbrechsand hoher ph-wert glatte, geschlossene Kornoberfläche scharfkantig geringe Wasserspeicherkapazität hohe Froststabilität relativ günstig

13 Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten Lava poriges Gefüge gute Durchlüftung hohe Wasserspeicherkapazität recht hoher Anteil an Aluminium und Eisen raue, porige Kornoberfläche froststabil geringes Gewicht relativ günstig

14 Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten Bims extrem hohes Porenvolumen geringes Schüttgewicht ausgesprochen saugfähig sehr hohe Wasserspeicherkapazität gute Durchlüftung bedingt froststabil recht teuer

15 Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten Basalt gute Wasserführung recht hoher Anteil an Aluminium und Eisen glatte, blasige Kornoberfläche geringe Wasserspeicherkapazität sehr hohe Froststabilität scharfkantig relativ günstig

16 Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten granuliertes Eisenhydroxid raue, hochporöse Oberfläche gute Durchlüftung geringe Wasserspeicherkapazität hohe chemische Reaktivität froststabil geringe Schüttdichte extrem teuer

17 Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen Pflanzenkläranlagen fluviale Mittel- bis Grobsande Gemische aus Sand und Kies Körnungen: 0/4, 1/2, 2/4 mit geringem Schluff-Anteil Einmischung von Kalkbrechsanden bindiges Filtermaterial selten Modifizierung mit Eisenhydroxid in der Eifel auch Lava oder Sand-Lava-Gemische

18 Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen Retentionsbodenfilter (Mischsystem) kantengerundete, gewaschene Sande 0/1 und 0/2 häufig geringer Carbonatgehalt Zumischung von Kalkstein Einhaltung der Kornverteilung bindiger Anteil und Feinkiesanteil unter 1% Substratmischungen mit Lava unbehandelte Lava = relativ hoher Anteil an Schlämmkorn Zumischungen von Eisenhydroxid, Eisenschlacken

19 Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen Retentionsbodenfilter (Trennsystem) bindiger Anteil unter 5% und Feinkiesanteil unter 10% kantengerundete, gewaschene Sande 0/2 häufig geringer Carbonatgehalt Zumischung von Kalkstein Substrate aus Kalkbrechsand Lava und Kalkbrechsand Mixturen aus Lava, Basalt, Bims, Kalkstein Mixturen aus Sand, Lava, Kalkstein, Porlith

20 Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen bewachsene/unbewachsene Bodenmatrix anstehender, versickerungsfähiger Boden Bodenmelioration mit Sand oder Kalk ggf. Melioration mit Lava und/oder Bims

21 Auswirkungen durch Substratmodifikationen Vegetation z.b. Bims, Lava Wasserspeicher Verlagerung des Welkepunkts Reinigungsleistung poriges Material spezifisch hohe Oberfläche höhere Sorptionsmöglichkeit z.b. für Ammonium oder Schwermetalle Substratfeuchte längere Aktivität der Mikroorganismen höherer Abbau organischer Schadstoffe eisenhaltiges Material Rückhalt von Phosphaten, Arsen

22 Auswirkungen durch Substratmodifikationen Einbauhöhen sorptionsstarkes Material Reduzierung der Filtermasse ggf. Kosteneinsparung möglich

23 Auswirkungen durch Substratmodifikationen Kalkulationsbeispiel Sand-Carbonat-Mix (Mischsystem, 25% CaCo 3 -Gehalt): m³ (Substrat) * 15% (Setzung) * 1,65 t/m³ (Schüttdichte) = t t * 15 /t (Materialpreis frei BV) = Sand-Lava-Carbonat-Mix (Mischsystem, 25% CaCo 3 -Gehalt), Reduzierung der Einbauhöhe um 20%: m³ (Substrat) 20% (Reduzierung) = m³ ³ (Substrat) * 15% (Setzung) * 1,45 t/m³ (Schüttdichte) = t t * 25 /t (Materialpreis frei BV) =

24 Auswirkungen durch Substratmodifikationen Kalkulationsbeispiel Differenz Filtersubstrat: (SC) (SLC) = t (SC) 2668 t (SLC) = t Einsparung: Einbau: 6,50 /t * t = (gerundet) Reduzierter Erdbau: 400 m³ * 18 /m³ = = Weitere Einsparpotentiale: Beton, Folie, Geogitter etc.

25 Fazit Gründe für eine Substratoptimierung: Optimierung der Reinigungsleistung Möglichkeit der Kostenreduktion Betreibersicherheit

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!