Pflanzenkläranlagen


Frage 1: Kann das Schilf Ihrer Pflanzenkläranlagen auch zur Schwermetalldekontamination belasteter Böden genutzt werden?

Frage 2: Can constructed wetlands (CW) be used for wastewaters contaminated by volatile organic compounds?

Frage 3: Nach DWA-Arbeitsblatt A262 soll die stoffliche Belastung von vertikal durchströmten Pflanzenkläranlagen auf 20g CSB/m² *d begrenzt werden. Wie wirken sich die dauerhaft hohen Temperaturen bei Ihren Projekten in den Tropen diesbezüglich aus?


Frage 4: Was sind die Wirkungsmechanismen einer eingestauten horizontalen Pflanzenkläranlage?

Frage 5: Können landwirtschaftliche  Abwässer durch Schilfkläranlagen gereinigt werden?


 




Antwort zu Frage 1:Kann das Schilf Ihrer Pflanzenkläranlagen auch zur Schwermetalldekontamination belasteter Böden benutzt werden?

Ja, durchaus. Schilf (Phragmites australis bzw. communis)  hat eine hohe Schwermetalltoleranz im Vergleich mit anderen Sumpfpflanzen und eignet sich damit prinzipiell zur Phytoremediation. Die Schwermetallanreicherung erfolgt dabei proportional zur Konzentration im Medium. Die Akkumulation ist bei Zink am höchsten gefolgt von Blei , Cadmium, Chrom , Kupfer und Nickel. Bei einem Biomasseertrag in der Größenordnung von 20t Trockenmasse pro Hektar und Jahr kann in etwa mit folgenden Entzugsleistungen gerechnet werden:


    As         4    g/ha * a                 
    Pb        30   g/ha * a
    Cr        10   g/ha * a
    Cu        70   g/ha * a
    Zn         5  kg/ha * a

Die Entfernung erfolgt dann über Ernte und Verbrennung.


Answer to 2:Can constructed wetlands (CW) be used for wastewaters contaminated by volatile organic compounds?

Yes, they can. In a pilot scale horizontal subsurface flow constructed wetland (CW) in Bitterfeld, Germany, both low-chlorinated hydrocarbons (monochlorobenzene) and high-chlorinated hydrocarbons (perchloroethylene) could be removed by CW. The removal rate for monochlorobenzene can reach up to 208 mg m -2 d -1, with the inflow load of 299 mg m -2 d -1. Perchloroethylene could completely be removed (>99%) with the inflow load of 49 mg m -2 d -1 (Chen et al., 2012a). On the other pilot scale plant in Leuna, Germany, both benzene and MTBE (methyl tert-butyl ether) could be removed by different CWs. The inflow load of benzene and MTBE has been 188–522 and 31–90 mg d−1 m−2, respectively. Higher removal efficiencies were obtained during summer. The benzene removal efficiencies were 24–100% and 22–100% in the horizontal subsurface flow constructed wetland and the floating plant root mat, respectively; the MTBE removal efficiencies amounted to 16–93% and 8–93% in the horizontal subsurface flow constructed wetland and the floating plant root mat, respectively. The volatilisation rates in the floating plant root mat amounted to 7.24 and 2.32 mg d−1 m−2 for benzene and MTBE, which is equivalent to 3.0% and 15.2% of the total removal. The volatilisation rates in the horizontal subsurface flow constructed wetland reached 2.59 and 1.07 mg d−1 m−2, corresponding to 1.1% and 6.1% of the total removal of benzene and MTBE, respectively. The results indicate that floating plant root mats are an interesting option for the treatment of waters polluted with benzene and MTBE under moderate temperature conditions (Chen et al., 2012b).



Antwort zu Frage 3: Nach DWA-Arbeitsblatt A262 soll die stoffliche Belastung von vertikal durchströmten Pflanzenkläranlagen auf 20g CSB/m² *d begrenzt werden. Wie wirken sich die dauerhaft hohen Temperaturen bei Ihren Projekten in den Tropen diesbezüglich aus?

Grob gesagt mindestens Faktor 4.
In Vietnam z.B. haben wir die Pflanzenkläranlagenstufen für Tapiocastärke-Industrieabwasser mit einer Flächenbelastung von ca. 80g  CSB/m²*d gefahren (bis zu 282g CSB/m²*d wurden getestet) und einen Wirkungsgrad von > 98% erzielt.
Wenn Sie es detaillierter wissen wollen, möchte ich Sie auf unsere diesbezüglichen wissenschaftlichen Publikationen verweisen:
  1. J. Fettig, V. Pick, U. Austermann-Haun, M. Blumberg and N.V. Phuoc (2013) : Treatment of tapioca starch wastewater by a novel combination of physical and biological processes, in Water Science & Technology, 68.6 , 2013.
 
  1. Blumberg, M. (2013): Constructed Wetlands for Treatment of Biogas Plant Effluents.
    In: Biogas Engineering and Application, Volume 3, Renjie, D. Raninger, B. (Eds.),
    China Agricultural University Press
 
  1.  Blumberg, M. (2012): Constructed Wetlands for Treatment of Biogas Plant Effluents, Presentation for GIZ/FECC Training VI on 'Performance and Support Policy of Biogas Energy generating Biogas Plants', Nanjing, China, 16th to 18th May 2012.


Antwort zu Frage 4: Was sind die Wirkungsmechanismen einer eingestauten horizontalen Pflanzenkläranlage?

Im abwassergesättigten Wurzelraum der Schilfpflanzen bauen Mikroorganismen (in der Hauptsache Bakterien), die in jedem Oberboden in einem mannigfachen Artenspektrum und hoher Individuendichte vorhanden sind, die organischen Abwasserinhaltsstoffe vorwiegend anaerob ab, in Wurzelnähe auch aerob, bedingt durch den Sauerstoffeintrag des Schilfs. Wie in jeder Kläranlage sind diese mikroskopisch-kleinen Lebewesen auch hier die Träger des Entsorgungsprozesses.  Der Pflanzenbestand (überwiegend Schilf) hat lediglich eine die Reinigung  unterstützende Funktion, vor allem dadurch, dass das intensive Wurzel- und Rhizomgeflecht durch laufende Erneuerung Hohlräume hinterlässt, die eine Verstopfung des Bodenfilters (Kolmation) verhindern. Das Maximum der Wirksamkeit einer solchen Pflanzenkläranlage liegt in den Sommermonaten, wenn es aufgrund der extremen Verdunstungsleistungen eines solchen 2-3 m hohen Schilfbestands zu abflusslosen Zuständen kommen kann. Die Evapotranspirationsverluste schwanken je nach Witterungsverhältnissen (Temperatur, Wasserdampfsättigungsdefizit der Luft) zwischen 4 und 30mm pro Tag (gleich Liter pro m²) .
Der Boden hat neben der rein mechanischen Filterfunktion die Aufgabe, Abwasserinhaltsstoffe chemisch und physikalisch an mineralische und organische Bestandteile zu binden (z.B. Phosphate).



Antwort zu Frage 5: Können landwirtschaftliche  Abwässer durch Schilfkläranlagen gereinigt werden?

Ja, wir haben Pflanzenkläranlagen im Schwerlastbereich (Weinbauabwasser, Silosickerschaft, Molke, Gülle und durch Futterreste belastete Hofflächenabwässer) geplant und gebaut (http://blumberg-engineers.com/de/18/oberflaechenabwaesserhttp://blumberg-engineers.com/uploads/files/Betriebsverhalten_Wurzelraumanlagen.pdf ; http://blumberg-engineers.com/uploads/files/Oberflaechenabwaesser_Baustoffindustrie.pdf).
Über Umweltbeeinträchtigungen durch Jauche, Gülle, Weinbauabwasser, Silosickersäfte, Molke oder Hofabflüsse von Biogasanlagen wir immer wieder in der Tagespresse berichtet. Auch Sekundärschäden im Naturhaushalt durch "umgekippte" Kläranlagen, deren "Biologie" aufgrund von rechtswidrigen Einleitungen der genannten Stoffgemische zusammenbricht, sind leider noch vereinzelt zu beobachten.
Für die gesamten organisch- hochbelasteten Abwässer aus dem landwirtschaftlichen Bereich wurden vom Verfasser und anderen Pilotversuche an Pflanzenkläranlagen (bepflanzten Bodenfiltern) in der Praxis durchgeführt. Sie können mit dem erstaunlichen Fazit zusammengefasst werden, dass diese naturnahe Ökotechnik solche Spitzenbelastungen nicht nur aushält, sondern ohne technische Energiezufuhr (Belüfter) auch preisgünstig abbaut. Der schilfbewachsene Bodenkörper ist gegenüber solchen sonst überwiegend toxischen Einleitungen außerordentlich gut gepuffert und zeigt aufgrund seiner mikrobiellen Artenvielfalt, der mineralischen und organischen Bodenbestandteile sowie der vergleichsweise  langen  Verweilzeit des Abwassers im Entsorgungssystem eine deutlich höhere Belastungselastizität als konventionelle technische Kläranlagen.



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