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Kiesfilter
Definition:
Die Kiesfilter, die in unseren
Badeteichen und Schwimmteichen werwendet werden, sind das eigentliche Herz
der Wasserreinigung. Es ist die Methode, welche auch die Natur anwendet, wenn
sie Wasser reinigt. Regenwasser dringt durch verschiedenen Boden- und Kiesschichten
und wird über einer undurchdringlichen Schicht abgeleitet bis zu einer
Quelle oder einem unterirdischen Strom, der das Wasser über verschiedene
Systeme schlussendlich bis ins Meer leitet. Diese natürlichen Bodenfilter
weisen optimale Eigenschaften auf.
Welches ist denn die Aufgabenstellung, die wir an einen Filter richten:
Wir wollen ein Wasser, das nur Stoffe enthält, die für Menschen und Tiere verträglich und in keiner Art und Weise schädlich sind und das absolut klar ist.
Als bester Vergleich mögen uns beispielsweise die Angaben auf einer Mineralwasserflasche dienen, wo eine ganze Reihe von Mineralien und Salzen aufgeführt werden, die für die menschliche Ernährung erforderlich sind, aber keine organischen Bestandteile, keine oder nur in äusserst geringen Ausmass Keime (Bakterien) enthält und auch keine Trübstoffe.
Der natürliche Bodenfilter mit seinem strukturierten Aufbau erfüllt diese Anforderung geradezu ideal. Im obersten Bereich finden wir Humusstoffe (Huminsäuren), organisches Material und je nach Boden mehr oder weniger starke Lehmschichten. (Lehm ist ein Gemisch von Sand und Ton). Beide Stoffe haben hervorragende Eigenschaften bezüglich des Herausfilterns von unerwünschten Teilen im Wasser wie z.B. Schwermetallen.
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| unterste Kiesschicht, in der das Wasser mittels der Dränrohre verteilt wird |
Man spricht hier von sog. Jonenaustauschern. Im organischen Bereich des Bodens, also der, in dem sich eine Unzahl von Bodenlebewesen befinden (in einem Gramm Boden befinden sich ca. 2-4 Mia. Bakterien), findet auch der Kampf gegen pathogene (krankmachende) Keime statt. Diese werden im natürlichen Boden weitgehend eliminiert, von den 'nützlichen' Bakterien zerstört.
Allerdings sind die Abläufe in diesen obersten Bodenschichten noch ziemlich unklar, man weiss nicht in letzter Gewissheit, was da eigentlich passiert.
In den unteren, kiesigen Schichten wird das Wasser, das in den Boden in der Form von Regenwasser eindringt, einerseits von Schwebeteilen gereinigt, die sich allenfalls in den oberen Schichten gelöst haben oder die mit dem Regen eingebracht wurden und vor allem mit Mineralien aus den Gesteinen versetzt. Diese Kiesschichten können in der Natur Mächtigkeiten bis zu 50 m oder mehr aufweisen und bestehen in der Regel aus Geschiebeablagerungen der Gletscher und Flüsse.
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| in speziellen Fällen wird auch ein separater Regenerationsbereich erstellt. Hier unterstützt die Technik die Reinigung |
Eigentlich weiss man aber wenig, was in so einem Filtergefüge überhaupt passiert. Man kennt die Filtrierung durch Sand- und Kiesfilter aus der Technik der Wasseraufbereitung und der Abwasserreinigung. Hier herrschen aber ganz andere Situationen vor als in unseren Badeteichen. Wird beispielsweise das Wasser eines Schwimmbades gereinigt, spielen biologische Prozesse keine Rolle, da das Wasser chemisch bereits so stark behandelt wurde, dass keine organischen Bestandteile mehr vorhanden sind, die gereinigt werden müssten. In diesen Filtern werden lediglich abgestorbene und anorganische Teile herausgefiltert. Es finden keine biologischen Prozesse statt.
Ganz anders verhält es sich bei Anlagen, in denen Trinkwasser oder trinkwasserähnliche Gewässer aufbereitet werden müssen. Hier spielen sich im Kiesfilter auch eine Vielzahl von biologischen Prozessen ab.
Grundsätzlich besteht ein Kiesfilter in einem Badeteich aus verschiedenen Kiesschichten oder aus einem Kieskörper, der aus verschiedenen Kornabstufungen zusammengestellt ist. (Sieblinie)Von den feinsten Sanden bis zu den 5 cm groben Steinen ist alles vorhanden.
Um was geht es in den Filtern, die im Badeteich eingesetzt werden?
Es sind im wesentlichen zwei Aufgaben, welche dieser Kiesfilter zu lösen hat
1. Nährstoffe aus dem Wasser aufnehmen oder eliminieren
2. Trübstoffe ausfiltrieren
1. Nährstoffe ausfiltrieren
Welche negative Bedeutung die Nährstoffe im Wasser haben, wird unter der Seite Schwimmteich Biochemie beschrieben.
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| Der Phosphorkreislauf |
Neben den Vorgängen, die im offenen Wasser stattfinden und zur Nährstoffabmagerung dienen, kommt dem Kiesfilter eine wichtige Bedeutung zu. Es sind verschiedene chemische, biologische und physikalische Prozesse, die hier nun stattfinden. Ein wichtiger Prozess ist die Ausfällung des Phosphors, eines des Hauptnährstoffes, welcher wesentlich das Wachstum der Algen fördert. In einem alkalischen Millieu, wie es durch das Kalkgestein entsteht, das wir in den BioNova-Kiesfiltern einsetzen, wird Phophor durch Adsorption an sedimentierende Kalkpartikel ausgefällt, die sich am Grund des Weiherbodens absetzten. Im Kiesfilter legen sich rund um die Gesteine aber auch Bakterienfilme an, welche Phosphate und andere Nährstoffe ausfiltern. Dies ist eigentlich der wichtigste Prozess, der im Kiesfilter stattfindet. Neben Bakterien sind viele andere zumeist einzellige Organismen. Diese entziehen dem vorbei fliessenden Wasser alle Nährstoffkomponenten, also insbesondere Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Phosphor, die sie für ihren eigenen Aufbau benötigen. Als Schwimmteichbauer ist man vor allem an der Eliminierung von Phosphor interesseirt. Das bedeutet, dass diese Mikroorganismen mit allen Nährstoffen genügend versorgt werden müssen, um auch Phosphate optimal aufnehmen zu können. Dieses Verhältnis, in dem die Nährstoffe vorliegen sollten, wird Redfield'sches Verhältnis genannt. (1 Mol P, 16 Mol N, 106 Mol C, 263 Mol H, 110 Mol O). Bei den Teichen der Kat. 4, welche meist gebaut werden, ist aber darauf zu achten, dass der Phosphor-Gehalt des Wassers nicht mehr als 10 Microgramm/ Liter beträgt. Allerdings hat die organische Fixation zum Nachteil, dass beim Absterben der Bakterien die Nährstoffe wieder freigelegt werden. Weiteres zum Biofilm hier
Bei der Festlegung des Phospates zusammen mit Kalk hält nur so lange an, wie im Bereich des Sedimentes genügend Sauerstoff vorhanden ist. Sie kann ebenfalls nur stattfinden, wenn sich das pH über ca. 7.5 befindet. In tieferen pH - Bereichen findet eine Fixierung an Eisenhydroxid-Partikel statt. Man spricht dabei vom sog. Redoxpotential, das grösser als 0,2 Volt sein muss.
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| der von uns speziell entwickelte Bodenfilter versorgt den Teichboden mit ausreichend Sauerstoff, so dass praktisch keine Ablagerungen mehr entstehen |
Ein wichtiger Prozess, welcher im kalkhaltigen Kiesfilter stattfindet resp. ausgelöst wird, ist das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht (KKG). Das KKG ist im wesentlichen verantwortlich für das Puffervermögen eines Gewässers, seine Fähigkeit, H+ - oder OH- -Jonen ohne Veränderung des pH (Säuregrad des Wassers) aufzunehmen. Man spricht dann von gepufferten oder stabilen Gewässern was den Säuregrad betrifft. Und das ist ein sehr anzustrebender Zusatnd. Dieses Gleichgewicht kann in einem alkalischen, d.h. leicht kalkhaltigen Millieu viel besser erreicht werden als in einem kalkarmen oder schwach sauren Wasser. Wird in solchem Wasser durch die Photosynthese (=bedeutender Vorgang im Pflanzenleben, bei dem Kohlehydrate gebildet werden) CO2 entzogen, so kann der pH-Wert auf 9 oder sogar bis auf 11 ansteigen. So kommt es zu tagesperiodischen Schwankungen des pH, welcher auf das Plankton und das Algenwachstum schlechte Auswirkungen hat.
Kalkreiche Gewässer haben meist pH von 7 - 8, unsere BioNova-Badeteiche meist zwischen 7.8 und 8.2. Bei CO2 - Entzug verschiebt sich in diesem Wasser das Gleichgewicht zum unlöslichen CaCO3 und CO 2 wird dabei nachgeliefert. Solange nicht alles CO2 aufgebraucht ist, bleibt der pH-Wert stabil und der Weiher im Gleichgewicht.
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| Der Kiesfilter umschliesst den gesamten Schwimmbereich. Die oberste Schicht wird zwecks einfacher Reinigung mit Kieseln abgedeckt |
2. Trübstoffe ausfiltrieren
Dies ist eine Arbeit, die ein Filter, welcher feine Bestandteile enthält, bestens erfüllen kann. Gerade die Sandanteile filtrieren alle feinen Stoffe aus dem Wasser heraus. Zumeist handelt es sich dabei um organische Bestandteile, also Algen, Plankton, abgestorbenes organisches Material usw. Im sandhaltigen Bereich des Filters und zuvor im Feinfilter (ein Filterköcher, der aus einem Vliesmaterial besteht) werden diese Teile praktisch zu 100% ausgeschieden. Das organische Material wird im sauerstoffreichen Wasser und mit Hilfe der sich im diesem Bereich aufhaltenden Bakterien weitgehend abgebaut, d.h. im wesentlichen zu CO2 und Wasser umgewandelt. Natürlich sind hier auch noch Reststoffe von weiteren Materialien vorhanden, aber die sind quantitativ zu vernachlässigen. Auch hier wirkt sich das kalkhaltige Millieu des BioNova-Badeteiches positiv aus, so dass es zu keinen Veränderungen des pH kommt.
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| Grosszügig angelegte Kiesfilter ergeben das sprichwörtlich klare BioNova-Wasser |
Der bepflanzte Bodenfilter, welcher in unseren Schwimmteichen verwendet wird, hat weitere positive Eigenschaften. Die sog. Repositionspflanzen nehmen zusätzlich Nährstoffe auf und binden sie in den Wurzeln und auch in den oberirdischen Sprossteilen. Die Unterwasserpflanzen aber auch die Röhrichtpflanzen führen dem Kiesfilter Sauerstoff zu, welche die Bakterien für ihre Abbauprozesse benötigen und der erforderlich ist, um das Redoxpotential hoch zu halten.
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| Die oberste Schicht besteht aus ca. 20 cm Kiessand 0/15 |
Die Kiesfilter, die bei den BioNova - Badeteichen eingesetzt werden, bestehen aus Kalkschotter. Sie werden in Mächtigkeiten von 40 - 60 cm eingebaut und umfassen in Schichten die Grössen von 0-52 mm. In einem Teich von ca. 80 m2 Wasseroberfläche werden rund 28 Tonnen Kies und Sand eingebaut. So wird gewährleistet, dass eine optimale Reinigung stattfindet bei gleichzeitig guter Durchströmung.
Ein Versuch in der Bayerischen Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau in Veitshöchheim hat folgende Ergebnisse hervorgebracht:
Die Darstellung zeigt, dass reine Sandfilter ( die rechte,
rosa Säule) gegenüber von Quarzsand, Sipor-Sand oder Zeolith die
beste Reinigungswirkung zeigt, sowohl bei der Eliminierung der pahtogenen
Keimen wie bei den Nährstoffen. Der Versuch ist allerdings etwas umstritten,
da im Grunde genommen überall mit den gleichen Korngrössen gearbeitet
hätte werden müssen. Immerhin zeigt die kostengünsige Anlage
mit Main-Sand gewaschen Körnung 0/2 mm sehr gute Ergebnissen hervorbringt.
BioNova verwendet in seinen Kiesfiltern diese Sandkörnung in den obersten
Schichten
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