Retentionsbodenfilter - DWA
Retentionsbodenfilter - DWA
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Regenwassertage 8./9. Juni 2010, Bremen<br />
Erfahrungen mit der<br />
Komposition von Bodenfilter-Materialien<br />
Dipl.-Ing. Stefan Frackowiak<br />
Forschungsgemeinschaft Landschaftsbau<br />
und Wasserwirtschaft AG, Holzwickede
Gliederung<br />
� Einführung in die Thematik<br />
� Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten<br />
� Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen<br />
� Auswirkungen durch Substratmodifikationen<br />
� Fazit
Einführung in die Thematik<br />
� Arbeits- und Merkblätter zum Thema Bodenfilter<br />
• <strong>DWA</strong>-A 166<br />
Bauwerke der zentralen Regenwasserbehandlung und -rückhaltung<br />
• <strong>DWA</strong>-A 262<br />
Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb für Pflanzenkläranlagen<br />
mit bepflanzten Bodenfiltern zur biologischen Reinigung kommunalen<br />
Abwassers<br />
• <strong>DWA</strong>-M 178<br />
Empfehlungen für Planung, Bau und Betrieb von<br />
<strong>Retentionsbodenfilter</strong>n zur weitergehenden Regenwasserbehandlung<br />
im Misch- und Trennsystem<br />
• <strong>DWA</strong>-A 138<br />
Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von<br />
Niederschlagswasser
Einführung in die Thematik<br />
� Begriff Bodenfilter<br />
Synonym für naturnahes Verfahren zur Abwasserbehandlung über<br />
einen natürlichen oder künstlichen Bodenkörper<br />
� Beispiele für Bodenfilter<br />
• Pflanzenkläranlagen<br />
• <strong>Retentionsbodenfilter</strong><br />
• anstehende Bodenmatrix<br />
� primäre Aufgabe<br />
Abtrennung partikulärer und gelöster Stoffe aus dem Abwasser
Einführung in die Thematik<br />
� Reinigungsprozesse<br />
• Filtration<br />
• Sorption<br />
• biochemische Prozesse<br />
Filtration:<br />
• mechanischer Rückhalt partikulärer Substanzen<br />
• überwiegend an Oberfläche und oberen Schichten des Filters<br />
• abhängig von Körnung, Porosität und Durchfluss
Einführung in die Thematik<br />
Sorption:<br />
• Adsorption von org. und anorg. Ionen an das Filtersubstrat<br />
• abhängig von pH-Wert und Sorptionskapazität des Materials<br />
• Einfluss Biofilm, Sedimente<br />
biochemische Prozesse:<br />
• Umsatz/Abbau org. Substanzen durch Mikroorganismen<br />
• Sauerstoff, Temperatur und Feuchtegehalt<br />
• regenerativ
Einführung in die Thematik<br />
� Anforderungen an Bodenfiltersubstrate<br />
bei Pflanzenkläranlagen (<strong>DWA</strong>-A 262)<br />
• wirksame Korngröße bei d 10 zwischen ≥ 0,2 und ≤ 0,4 mm<br />
• enggestufte Korngemische mit stetiger Kornverteilungslinie<br />
• Ungleichförmigkeit: U < 5<br />
• bindige Anteile < 2%<br />
• k fA ≈ 10 -4 m/s – 10 -3 m/s<br />
• Einbauhöhe ≥ 50 cm<br />
• verdichtungsfreier Einbau
Einführung in die Thematik<br />
bei <strong>Retentionsbodenfilter</strong>n (<strong>DWA</strong>-M 178)<br />
• k fA ≥ 10-4 m/s<br />
• empfohlene Korngrößenverteilung<br />
Empfohlene Korngrößenverteilung für Filtersubstrate im Misch- und Trennsystem, <strong>DWA</strong>-M 178, [2005]
Einführung in die Thematik<br />
• Carbonatgehalt bei RBF<br />
im TS ≥ 5 bis ≥ 10 %<br />
im MS ≥ 10 bis ≥ 25 %<br />
• kantengerundetes Material<br />
• Einhaltung der LAGA Z0-Werte<br />
• Einbauhöhe für Anlagen<br />
im TS ≥ 50 cm<br />
im MS ≥ 75 cm<br />
• verdichtungsfreier Einbau
Einführung in die Thematik<br />
bei Niederschlagsversickerungsanlagen (<strong>DWA</strong>-A 138)<br />
• k f-Wert von 10 -3 m/s – 10 -6 m/s<br />
• angestrebter pH-Wert 6-8<br />
• bei Bodenmelioration:<br />
max. 10 % Ton-Schluff- Anteile (Anhaltswert!)<br />
max. 1-3 % Zugabe von Organik<br />
• Schichthöhe/Mächtigkeit des Sickerraums ≥ 100 cm
Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten<br />
� Sand<br />
• gute Wasserführung<br />
• gute Durchlüftung<br />
• geringe Wasserspeicherkapazität<br />
• glatte, geschlossene Kornoberfläche<br />
• hohe Froststabilität<br />
• kostengünstig
Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten<br />
� Kalkbrechsand<br />
• hoher pH-Wert<br />
• glatte, geschlossene Kornoberfläche<br />
• scharfkantig<br />
• geringe Wasserspeicherkapazität<br />
• hohe Froststabilität<br />
• relativ günstig
Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten<br />
� Lava<br />
• poriges Gefüge<br />
• gute Durchlüftung<br />
• hohe Wasserspeicherkapazität<br />
• recht hoher Anteil an Aluminium<br />
und Eisen<br />
• raue, porige Kornoberfläche<br />
• froststabil<br />
• geringes Gewicht<br />
• relativ günstig
Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten<br />
� Bims<br />
• extrem hohes Porenvolumen<br />
• geringes Schüttgewicht<br />
• ausgesprochen saugfähig<br />
• sehr hohe Wasserspeicherkapazität<br />
• gute Durchlüftung<br />
• bedingt froststabil<br />
• recht teuer
Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten<br />
� Basalt<br />
• gute Wasserführung<br />
• recht hoher Anteil an Aluminium<br />
und Eisen<br />
• glatte, blasige Kornoberfläche<br />
• geringe Wasserspeicherkapazität<br />
• sehr hohe Froststabilität<br />
• scharfkantig<br />
• relativ günstig
Ausgangsmaterialien von Filtersubstraten<br />
� granuliertes Eisenhydroxid<br />
• raue, hochporöse Oberfläche<br />
• gute Durchlüftung<br />
• geringe Wasserspeicherkapazität<br />
• hohe chemische Reaktivität<br />
• froststabil<br />
• geringe Schüttdichte<br />
• extrem teuer
Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen<br />
� Pflanzenkläranlagen<br />
• fluviale Mittel- bis Grobsande<br />
• Gemische aus Sand und Kies<br />
• Körnungen: 0/4, 1/2, 2/4 mit geringem Schluff-Anteil<br />
• Einmischung von Kalkbrechsanden<br />
• bindiges Filtermaterial selten<br />
• Modifizierung mit Eisenhydroxid<br />
• in der Eifel auch Lava oder Sand-Lava-Gemische
Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen<br />
� <strong>Retentionsbodenfilter</strong> (Mischsystem)<br />
• kantengerundete, gewaschene Sande 0/1 und 0/2<br />
• häufig geringer Carbonatgehalt Zumischung von Kalkstein<br />
• Einhaltung der Kornverteilung<br />
• bindiger Anteil und Feinkiesanteil unter 1%<br />
• Substratmischungen mit Lava<br />
� unbehandelte Lava = relativ hoher Anteil an Schlämmkorn<br />
• Zumischungen von Eisenhydroxid, Eisenschlacken
Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen<br />
� <strong>Retentionsbodenfilter</strong> (Trennsystem)<br />
• bindiger Anteil unter 5% und Feinkiesanteil unter 10%<br />
• kantengerundete, gewaschene Sande 0/2<br />
• häufig geringer Carbonatgehalt Zumischung von Kalkstein<br />
• Substrate aus<br />
• Kalkbrechsand<br />
• Lava und Kalkbrechsand<br />
• Mixturen aus Lava, Basalt, Bims, Kalkstein<br />
• Mixturen aus Sand, Lava, Kalkstein, Porlith
Substratauswahl bei Bodenfilteranlagen<br />
� bewachsene/unbewachsene Bodenmatrix<br />
• anstehender, versickerungsfähiger Boden<br />
• Bodenmelioration mit Sand oder Kalk<br />
• ggf. Melioration mit Lava und/oder Bims
Auswirkungen durch Substratmodifikationen<br />
�Vegetation<br />
• z.B. Bims, Lava Wasserspeicher Verlagerung des<br />
Welkepunkts<br />
�Reinigungsleistung<br />
• poriges Material spezifisch hohe Oberfläche höhere<br />
Sorptionsmöglichkeit z.B. für Ammonium oder Schwermetalle<br />
• Substratfeuchte längere Aktivität der Mikroorganismen<br />
höherer Abbau organischer Schadstoffe<br />
• eisenhaltiges Material Rückhalt von Phosphaten, Arsen
Auswirkungen durch Substratmodifikationen<br />
� Einbauhöhen<br />
• sorptionsstarkes Material Reduzierung der Filtermasse<br />
ggf. Kosteneinsparung möglich
Auswirkungen durch Substratmodifikationen<br />
Kalkulationsbeispiel<br />
Sand-Carbonat-Mix (Mischsystem, 25% CaCo 3-Gehalt):<br />
2.000 m³ (Substrat) * 15% (Setzung) * 1,65 t/m³ (Schüttdichte) = 3.795 t<br />
3.795 t * 15 €/t (Materialpreis frei BV) = 56.925 €<br />
Sand-Lava-Carbonat-Mix (Mischsystem, 25% CaCo 3-Gehalt),<br />
Reduzierung der Einbauhöhe um 20%:<br />
2.000 m³ (Substrat) – 20% (Reduzierung) = 1.600 m³<br />
1.600 ³ (Substrat) * 15% (Setzung) * 1,45 t/m³ (Schüttdichte) = 2.668 t<br />
2.668 t * 25 €/t (Materialpreis frei BV) = 66.700 €
Auswirkungen durch Substratmodifikationen<br />
Kalkulationsbeispiel<br />
Differenz Filtersubstrat:<br />
56.925 € (SC) - 66.700 € (SLC) = - 9.775 €<br />
3795 t (SC) – 2668 t (SLC) = 1.127 t<br />
Einsparung:<br />
Einbau: 6,50 €/t * 1.127 t = 7.325 € (gerundet)<br />
Reduzierter Erdbau: 400 m³ * 18 €/m³ = 7.200 €<br />
- 9.775 € + 7.325 € + 7.200 € = 4.750 €<br />
Weitere Einsparpotentiale: Beton, Folie, Geogitter etc.
Fazit<br />
Gründe für eine Substratoptimierung:<br />
� Optimierung der Reinigungsleistung<br />
� Möglichkeit der Kostenreduktion<br />
� Betreibersicherheit
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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