Bebautes Feuchtgebiet – Wikipedia

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Ein künstliches Feuchtgebiet zur Behandlung von kommunalem oder industriellem Abwasser, Grauwasser oder Regenwasserabfluss

Bebautes Feuchtgebiet in einer ökologischen Siedlung in der Flintenbreite bei Lübeck, Deutschland

EIN konstruiertes Feuchtgebiet (CW) ist ein künstliches Feuchtgebiet zur Behandlung von Abwasser, Grauwasser, Regenwasser oder Industrieabwasser. Es kann auch für die Landgewinnung nach dem Bergbau oder als Abschwächungsschritt für Naturgebiete entwickelt werden, die durch Landentwicklung verloren gegangen sind. Konstruierte Feuchtgebiete sind konstruierte Systeme, die natürliche Funktionen Vegetation, Boden und Organismen nutzen, um eine Sekundärbehandlung von Abwasser bereitzustellen. Die Gestaltung des bebauten Feuchtgebietes muss an die Art des zu behandelnden Abwassers angepasst werden. Bebaute Feuchtgebiete wurden sowohl in zentralen als auch in dezentralen Abwassersystemen verwendet. Bei großen Mengen an Schwebstoffen oder löslichen organischen Stoffen (gemessen als BSB und CSB) wird eine Vorbehandlung empfohlen.[1]

Ähnlich wie natürliche Feuchtgebiete wirken auch konstruierte Feuchtgebiete als Biofilter und/oder können eine Reihe von Schadstoffen (wie organische Stoffe, Nährstoffe, Krankheitserreger, Schwermetalle) aus dem Wasser entfernen. Konstruierte Feuchtgebiete sind darauf ausgelegt, Wasserschadstoffe wie Schwebstoffe, organische Stoffe und Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor) zu entfernen.[1] Es wird erwartet, dass alle Arten von Krankheitserregern (dh Bakterien, Viren, Protozoen und Helminthen) in einem konstruierten Feuchtgebiet bis zu einem gewissen Grad entfernt werden. Unterirdische Feuchtgebiete bieten eine größere Entfernung von Krankheitserregern als oberflächliche Feuchtgebiete.[1]

Es gibt zwei Haupttypen von konstruierten Feuchtgebieten: konstruierte Feuchtgebiete mit unterirdischer Strömung und konstruierte Feuchtgebiete mit Oberflächenströmung. Die gepflanzte Vegetation spielt eine wichtige Rolle bei der Entfernung von Schadstoffen. Eine ebenso wichtige Rolle spielt das Filterbett, das meist aus Sand und Kies besteht.[2] Einige konstruierte Feuchtgebiete können auch als Lebensraum für einheimische und wandernde Wildtiere dienen, obwohl dies nicht ihr Hauptzweck ist. Unter der Oberfläche strömende Feuchtgebiete sind so konzipiert, dass das Wasser entweder horizontal oder vertikal durch das Kies- und Sandbett fließt. Vertikale Strömungssysteme haben einen geringeren Platzbedarf als horizontale Strömungssysteme.

Terminologie[edit]

Viele Begriffe werden verwendet, um konstruierte Feuchtgebiete zu bezeichnen, wie z. B. Röhricht, Bodeninfiltrationsbänke, Behandlungsfeuchtgebiete, künstliche Feuchtgebiete, künstliche oder künstliche Feuchtgebiete.[2] Ein Biofilter hat einige Ähnlichkeiten mit einem konstruierten Feuchtgebiet, ist aber normalerweise ohne Pflanzen.

Der Begriff der konstruierten Feuchtgebiete kann auch verwendet werden, um wiederhergestellte und rekultivierte Flächen zu beschreiben, die in der Vergangenheit durch Entwässerung und Umwandlung in Ackerland oder Bergbau zerstört wurden.

Überblick[edit]

Abwasser aus einem bebauten Feuchtgebiet zur Grauwasseraufbereitung in einer ökologischen Wohnsiedlung in Hamburg-Allermöhe, Deutschland
Konstruiertes Feuchtgebiet für die häusliche Abwasserbehandlung in Bayawan City, Philippinen

Ein konstruiertes Feuchtgebiet ist eine konstruierte Abfolge von Wasserkörpern, die für den Abfluss von Abwasser oder Regenwasser bestimmt sind.

Die Vegetation in einem Feuchtgebiet bietet ein Substrat (Wurzeln, Stängel und Blätter), auf dem Mikroorganismen wachsen können, wenn sie organisches Material abbauen. Diese Gemeinschaft von Mikroorganismen wird als Periphyton bezeichnet. Das Periphyton und die natürlichen chemischen Prozesse sind für etwa 90 Prozent der Schadstoffentfernung und des Abfallabbaus verantwortlich.[citation needed] Die Pflanzen entfernen etwa sieben bis zehn Prozent der Schadstoffe und dienen den Mikroben beim Zerfall als Kohlenstoffquelle. Unterschiedliche Arten von Wasserpflanzen weisen unterschiedliche Schwermetallaufnahmeraten auf, was bei der Pflanzenauswahl in einem bebauten Feuchtgebiet zur Wasseraufbereitung zu berücksichtigen ist. Es gibt zwei grundlegende Arten von konstruierten Feuchtgebieten: Feuchtgebiete mit unterirdischer Strömung und oberflächengebundene Feuchtgebiete.

Bebaute Feuchtgebiete sind ein Beispiel für naturbasierte Lösungen und für Phytoremediation.

Konstruierte Feuchtgebietssysteme sind streng kontrollierte Umgebungen, die das Vorkommen von Boden, Flora und Mikroorganismen in natürlichen Feuchtgebieten nachahmen sollen, um die Abwasserbehandlung zu unterstützen. Sie werden mit Strömungsregimes, mikrobiotischer Zusammensetzung und geeigneten Anlagen konstruiert, um den effizientesten Behandlungsprozess zu erzielen.

Verwendet[edit]

Bebaute Feuchtgebiete können zur Behandlung von Rohabwasser, Regenwasser, landwirtschaftlichen und industriellen Abwässern verwendet werden. Bebaute Feuchtgebiete ahmen die Funktionen natürlicher Feuchtgebiete nach, um Regenwasser aufzufangen, Nährstoffbelastungen zu reduzieren und vielfältige Lebensräume für Wildtiere zu schaffen. Bebaute Feuchtgebiete werden zur Abwasseraufbereitung oder zur Grauwasseraufbereitung genutzt.[3]

Viele Aufsichtsbehörden listen die Behandlung von Feuchtgebieten als eine ihrer empfohlenen “besten Managementpraktiken” zur Kontrolle des städtischen Abflusses auf.[4]

Entfernung von Verunreinigungen[edit]

In Feuchtgebieten werden physikalische, chemische und biologische Prozesse kombiniert, um Schadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Ein Verständnis dieser Prozesse ist nicht nur für die Entwicklung von Feuchtgebietssystemen von grundlegender Bedeutung, sondern auch für das Verständnis des Schicksals von Chemikalien, sobald sie in das Feuchtgebiet gelangen. Theoretisch erfolgt die Abwasserbehandlung in einem konstruierten Feuchtgebiet, während es das Feuchtgebietsmedium und die Pflanzenrhizosphäre passiert. Ein dünner Film um jedes Wurzelhaar ist aerob, da Sauerstoff aus den Rhizomen, Wurzeln und Wurzelstöcken entweicht.[5]Aerobe und anaerobe Mikroorganismen erleichtern den Abbau organischer Stoffe. Mikrobielle Nitrifikation und anschließende Denitrifikation setzen Stickstoff als Gas in die Atmosphäre frei. Phosphor wird zusammen mit Eisen-, Aluminium- und Calciumverbindungen, die sich im Wurzelbettmedium befinden, ausgefällt.[5][6]Schwebstoffe werden herausgefiltert, wenn sie sich in Feuchtgebieten mit Oberflächenströmung in der Wassersäule absetzen, oder werden durch das Medium in Feuchtgebieten mit unterirdischer Strömung physikalisch herausgefiltert. Schädliche Bakterien und Viren werden durch Filtration und Adsorption durch Biofilme auf den Kies- oder Sandmedien in unterirdischen Strömungs- und Vertikalströmungssystemen reduziert.

Stickstoffentfernung[edit]

Zu den dominierenden Stickstoffformen in Feuchtgebieten, die für die Abwasserreinigung von Bedeutung sind, gehören organischer Stickstoff, Ammoniak, Ammonium, Nitrat und Nitrit. Gesamtstickstoff bezieht sich auf alle Stickstoffarten. Die Stickstoffentfernung im Abwasser ist wegen der Toxizität von Ammoniak für Fische wichtig, wenn es in Gewässer eingeleitet wird. Es wird angenommen, dass übermäßige Nitrate im Trinkwasser bei Säuglingen Methämoglobinämie verursachen, die die Sauerstofftransportfähigkeit des Blutes verringert. Darüber hinaus fördert die übermäßige Zufuhr von Stickstoff aus Punkt- und Nichtpunktquellen in Oberflächengewässer die Eutrophierung in Flüssen, Seen, Ästuaren und Küstenmeeren, was in aquatischen Ökosystemen verschiedene Probleme verursacht, z. B. giftige Algenblüte, Sauerstoffmangel im Wasser, Fischsterben, Verlust von aquatische Biodiversität.[7]

Die Ammoniakentfernung erfolgt in bebauten Feuchtgebieten – sofern sie auf eine biologische Nährstoffentfernung ausgelegt sind – ähnlich wie in Kläranlagen, nur dass keine externe, energieintensive Luftzufuhr (Sauerstoff) erforderlich ist.[3] Es ist ein zweistufiger Prozess, bestehend aus der Nitrifikation gefolgt von der Denitrifikation. Der Stickstoffkreislauf wird wie folgt geschlossen: Ammoniak im Abwasser wird in Ammoniumionen umgewandelt; das aerobe Bakterium Nitrosomonas sp. oxidiert Ammonium zu Nitrit; das Bakterium Nitrobacter sp. wandelt dann Nitrit in Nitrat um. Unter anaeroben Bedingungen wird Nitrat zu relativ harmlosem Stickstoffgas reduziert, das in die Atmosphäre gelangt.

Nitrifikation[edit]

Nitrifikation ist die biologische Umwandlung organischer und anorganischer stickstoffhaltiger Verbindungen von einem reduzierten in einen stärker oxidierten Zustand, basierend auf der Wirkung von zwei verschiedenen Bakterienarten.[8] Die Nitrifikation ist ein streng aerobes Verfahren, bei dem als Endprodukt Nitrat (NEIN−
3). Der Prozess der Nitrifikation oxidiert Ammonium (aus dem Abwasser) zu Nitrit (NEIN−
2) und dann wird Nitrit zu Nitrat oxidiert (NEIN−
3).

Denitrifikation[edit]

Denitrifikation ist die biochemische Reduktion von oxidierten Stickstoffanionen, Nitrat und Nitrit zu den gasförmigen Produkten Stickoxid (NO), Lachgas (n
2Ö) und Stickstoffgas (n
2), mit gleichzeitiger Oxidation von organischem Material.[8] Das Endprodukt, n
2, und in geringerem Maße der Zwischenprodukt, n
2Ö, sind Gase, die wieder in die Atmosphäre gelangen.

Ammoniakentfernung aus Grubenwasser[edit]

Angelegte Feuchtgebiete wurden verwendet, um Ammoniak und andere stickstoffhaltige Verbindungen aus kontaminiertem Grubenwasser zu entfernen.[9] einschließlich Cyanid und Nitrat.

Phosphorentfernung[edit]

Phosphor kommt in der Natur sowohl in organischer als auch in anorganischer Form vor. Das analytische Maß für biologisch verfügbare Orthophosphate wird als löslicher reaktiver Phosphor (SR-P) bezeichnet. Gelöster organischer Phosphor und unlösliche Formen von organischem und anorganischem Phosphor sind im Allgemeinen biologisch erst verfügbar, wenn sie in lösliche anorganische Formen umgewandelt werden.[10]

In aquatischen Süßwasserökosystemen ist Phosphor typischerweise der wichtigste limitierende Nährstoff. Unter ungestörten natürlichen Bedingungen ist Phosphor knapp. Die natürliche Phosphorknappheit zeigt sich durch das explosionsartige Algenwachstum in Gewässern, die stark mit phosphorreichen Abfällen ausgestoßen werden. Da Phosphor im Gegensatz zu Stickstoff keine atmosphärische Komponente hat, kann der Phosphorkreislauf als geschlossen bezeichnet werden. Die Entfernung und Speicherung von Phosphor aus dem Abwasser kann nur innerhalb des bebauten Feuchtgebietes selbst erfolgen. Phosphor kann in einem Feuchtgebietssystem sequestriert werden durch:

  1. Die Bindung von Phosphor in organische Stoffe durch Einbau in lebende Biomasse,
  2. Ausfällung von unlöslichen Phosphaten mit Eisen(III)-Eisen, Kalzium und Aluminium in Feuchtgebieten.[10]

Einbindung von Biomasseanlagen[edit]

Aquatische Vegetation kann eine wichtige Rolle bei der Phosphorentfernung spielen und, wenn sie geerntet wird, die Lebensdauer eines Systems verlängern, indem sie die Phosphorsättigung der Sedimente verzögert.[11] Pflanzen schaffen eine einzigartige Umgebung an der Befestigungsfläche des Biofilms. Bestimmte Pflanzen transportieren Sauerstoff, der an der Grenzfläche Biofilm/Wurzel freigesetzt wird, und fügt dem Feuchtgebietssystem Sauerstoff hinzu. Pflanzen erhöhen auch die Wasserleitfähigkeit des Bodens oder anderer Wurzelbeete. Wenn Wurzeln und Rhizome wachsen, wird angenommen, dass sie das Medium stören und lockern, wodurch seine Porosität erhöht wird, was eine effektivere Flüssigkeitsbewegung in der Rhizosphäre ermöglichen kann. Wenn die Wurzeln zerfallen, hinterlassen sie Häfen und Kanäle, die als Makroporen bekannt sind und das Wasser effektiv durch den Boden leiten.

Metallentfernung[edit]

Bebaute Feuchtgebiete wurden ausgiebig für die Entfernung von gelösten Metallen und Halbmetallen genutzt. Obwohl diese Schadstoffe in der Grubenentwässerung weit verbreitet sind, werden sie auch in Regenwasser, Deponiesickerwasser und anderen Quellen (z. B. Sickerwasser oder FDG-Waschwasser) gefunden[citation needed] in Kohlekraftwerken), für die Aufbereitungsfeuchtgebiete für Bergwerke angelegt wurden.[12]

Grubenwasser – Entfernung von Säuredrainagen[edit]

Bebaute Feuchtgebiete können auch zur Behandlung der sauren Grubenentwässerung aus Kohlebergwerken verwendet werden.[13]

Entfernung von Krankheitserregern[edit]

Bebaute Feuchtgebiete sind nicht für die Entfernung von Krankheitserregern ausgelegt, sondern wurden entwickelt, um andere Bestandteile der Wasserqualität wie Schwebstoffe, organische Stoffe (BSB/CSB) und Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor) zu entfernen.[1]

Es wird erwartet, dass alle Arten von Krankheitserregern in einem bebauten Feuchtgebiet entfernt werden; es wird jedoch erwartet, dass in einem unterirdischen Feuchtgebiet eine größere Pathogenentfernung stattfindet. In einem Feuchtgebiet mit freier Wasseroberfläche kann man eine 1 bis 2 log10 Reduktion der Krankheitserreger erwarten; Die Entfernung von Bakterien und Viren kann jedoch in Systemen, die stark mit Vegetation bepflanzt sind, weniger als 1 log10 betragen.[1] Dies liegt daran, dass konstruierte Feuchtgebiete typischerweise eine Vegetation aufweisen, die dazu beiträgt, andere Schadstoffe wie Stickstoff und Phosphor zu entfernen. Daher wird die Bedeutung der Sonneneinstrahlung bei der Entfernung von Viren und Bakterien in diesen Systemen minimiert.[1]

Die Entfernung in einem ordnungsgemäß gestalteten und betriebenen Feuchtgebiet mit freier Wasseroberflächenströmung wird mit weniger als 1 bis 2 log10 für Bakterien, weniger als 1 bis 2 log10 für Viren, 1 bis 2 log10 für Protozoen und 1 bis 2 log10 für Helminthen angegeben.[1] In Feuchtgebieten unter der Oberfläche beträgt die erwartete Entfernung von Krankheitserregern 1 bis 3 log10 für Bakterien, 1 bis 2 log10 für Viren, 2 log10 für Protozoen und 2 log10 für Helminthen.[1]

Die hier berichteten log10-Entfernungseffizienzen können auch im Hinblick auf die übliche Art und Weise verstanden werden, die Entfernungseffizienzen in Prozent anzugeben: 1 log10-Entfernung entspricht einer Entfernungseffizienz von 90%; 2 log10 = 99%; 3 log10 = 99,9 %; 4 log10 = 99,99% und so weiter.[3]

Typen und Designüberlegungen[edit]

Konstruierte Feuchtgebietssysteme können Oberflächenströmungssysteme mit nur frei schwimmenden Makrophyten, schwimmendblättrigen Makrophyten oder untergetauchten Makrophyten sein; typische Freiwasseroberflächensysteme werden jedoch normalerweise mit aufstrebenden Makrophyten konstruiert.[14] Auch unterirdisch angelegte Feuchtgebiete mit vertikalem oder horizontalem Fließregime sind weit verbreitet und können aufgrund ihres relativ geringen Platzbedarfs in städtische Gebiete integriert werden.[2]

Die drei wichtigsten Arten von konstruierten Feuchtgebieten umfassen:[15][3]

  • Konstruiertes Feuchtgebiet mit unterirdischer Strömung – dieses Feuchtgebiet kann entweder mit vertikaler Strömung (das Abwasser bewegt sich vertikal, von der bepflanzten Schicht nach unten durch das Substrat und nach außen) oder mit horizontaler Strömung (das Abwasser bewegt sich horizontal, parallel zur Oberfläche)
  • Oberflächenströmung konstruiertes Feuchtgebiet (dieses Feuchtgebiet hat horizontale Strömung)
  • Schwimmendes Feuchtgebiet

Die ersteren Arten werden in ein Becken mit einem Substrat gelegt, um eine Oberfläche bereitzustellen, auf der sich große Mengen an abfallabbauenden Biofilmen bilden, während die letztere auf einem gefluteten Behandlungsbecken angewiesen ist, auf dem Wasserpflanzen in Flotation gehalten werden, bis sie eine dicke Matte aus Wurzeln und Rhizome, auf denen sich Biofilme bilden. In den meisten Fällen wird der Boden entweder mit einer Polymer-Geomembran, Beton oder Ton (bei geeigneter Tonart) ausgekleidet, um den Grundwasserspiegel und die umliegenden Böden zu schützen. Das Substrat kann entweder Kies sein – im Allgemeinen Kalkstein oder Bims/Vulkangestein, je nach lokaler Verfügbarkeit, Sand oder eine Mischung verschiedener Mediengrößen (für Feuchtgebiete mit vertikaler Strömung).

Bebaute Feuchtgebiete können nach einer Klärgrube für die Vorbehandlung (oder andere Arten von Systemen) verwendet werden, um die Feststoffe vom flüssigen Abwasser zu trennen. Einige Konstruktionen von Feuchtgebieten verwenden jedoch keine Vorab-Primärbehandlung.

Untergrundströmung[edit]

Schema einer vertikalen unterirdischen Strömung konstruiertes Feuchtgebiet: Abwasser fließt durch Rohre auf dem Untergrund des Bodens durch die Wurzelzone zum Boden.[16]
Schema des Feuchtgebiets mit horizontaler unterirdischer Strömung: Das Abwasser fließt horizontal durch das Bett.[16]
Vertikaler Strömungstyp von konstruierten Feuchtgebieten (Untergrundströmung)

In unterirdischen Feuchtgebieten erfolgt der Abwasserfluss zwischen den Wurzeln der Pflanzen und es gibt keine Wasseroberfläche (es wird unter Kies gehalten). Dadurch ist das System effizienter, lockt keine Mücken an, ist weniger geruchsintensiv und weniger empfindlich gegenüber Winterbedingungen. Außerdem wird weniger Fläche benötigt, um das Wasser zu reinigen. Ein Nachteil des Systems sind die Einlässe, die leicht verstopfen oder verstopfen können, obwohl etwas größerer Kies dieses Problem oft löst.

Subsurface-Flow-Feuchtgebiete können weiter als Horizontal-Flow- oder Vertical-Flow-konstruierte Feuchtgebiete klassifiziert werden. In einem Feuchtgebiet mit vertikaler Strömung bewegt sich das Abwasser vertikal von der bepflanzten Schicht nach unten durch das Substrat und nach außen (erfordert Luftpumpen, um das Bett zu belüften).[17] In den Feuchtgebieten mit horizontaler Strömung bewegt sich das Abwasser durch die Schwerkraft horizontal, parallel zur Oberfläche, ohne Oberflächenwasser, wodurch die Brut von Mücken vermieden wird. Feuchtgebiete mit vertikaler Strömung gelten als effizienter mit weniger Flächenbedarf im Vergleich zu Feuchtgebieten mit horizontaler Strömung. Sie müssen jedoch intervallbelastet werden und ihre Konstruktion erfordert mehr Know-how, während Feuchtgebiete mit horizontaler Strömung kontinuierlich Abwasser aufnehmen können und einfacher zu bauen sind.[2]

Aufgrund der erhöhten Effizienz benötigt ein unter der Oberfläche gebautes Feuchtgebiet mit vertikaler Strömung nur etwa 3 Quadratmeter (32 sq ft) Platz pro Personenäquivalent, bis zu 1,5 Quadratmeter in heißen Klimazonen.[2]

Das “French System” kombiniert die Primär- und Sekundärbehandlung von Rohabwasser. Das Abwasser passiert verschiedene Filterbetten, deren Korngröße immer kleiner wird (von Kies bis Sand).[2]

Anwendungen[edit]

Unter der Oberfläche fließende Feuchtgebiete können eine Vielzahl unterschiedlicher Abwässer behandeln, wie z.[3]

Die Qualität des Abwassers wird durch das Design bestimmt und sollte an die beabsichtigte Wiederverwendung (wie Bewässerung oder Toilettenspülung) oder die Entsorgungsmethode angepasst werden.

Überlegungen zum Entwurf[edit]

Je nach Art der bebauten Feuchtgebiete passiert das Abwasser ein Kies- und seltener Sandmedium, auf dem Pflanzen wurzeln.[3] Ein Kiesmedium (im Allgemeinen Kalkstein oder Lavastein aus Vulkangestein) kann ebenfalls verwendet werden (die Verwendung von Lavastein ermöglicht eine Oberflächenreduktion von etwa 20 % gegenüber Kalkstein) wird hauptsächlich in horizontalen Strömungssystemen verwendet, funktioniert jedoch nicht so effizient wie Sand (aber Sand verstopft leichter).[2]

Unter der Oberfläche angelegte Feuchtgebiete sind als Nachbehandlungssysteme gedacht, was bedeutet, dass das Abwasser zuerst eine Vorbehandlung durchlaufen muss, die Feststoffe effektiv entfernt. Eine solche Vorbehandlung kann aus Sand- und Splittentfernung, Fettabscheider, Kompostfilter, Klärgrube, Imhoff-Becken, anaeroben Baffled-Reaktor oder anaeroben Sumpfschlamm-Reaktor (UASB) bestehen.[2] Die anschließende Aufbereitung basiert auf verschiedenen biologischen und physikalischen Verfahren wie Filtration, Adsorption oder Nitrifikation. Am wichtigsten ist die biologische Filterung durch einen Biofilm aus aeroben oder fakultativen Bakterien. Grobsand im Filterbett bietet eine Oberfläche für mikrobielles Wachstum und unterstützt die Adsorptions- und Filtrationsprozesse. Für diese Mikroorganismen muss die Sauerstoffversorgung ausreichend sein.

Besonders in warmen und trockenen Klimazonen sind die Auswirkungen von Evapotranspiration und Niederschlag signifikant. Bei Wasserverlust ist ein Feuchtgebiet mit vertikaler Strömung aufgrund einer ungesättigten oberen Schicht und einer kürzeren Verweilzeit einem horizontalen vorzuziehen, obwohl vertikale Strömungssysteme stärker auf eine externe Energiequelle angewiesen sind. Evapotranspiration (wie Niederschlag) wird bei der Auslegung eines horizontalen Strömungssystems berücksichtigt.[3]

Das Abwasser kann eine gelbliche oder bräunliche Farbe haben, wenn häusliches Abwasser oder Schwarzwasser behandelt wird. Behandeltes Grauwasser neigt normalerweise nicht zur Farbe. In Bezug auf die Erregerkonzentration erfüllt aufbereitetes Grauwasser die Standards der Erregerkonzentration für eine sichere Einleitung in Oberflächengewässer.[1] Aufbereitetes häusliches Abwasser kann abhängig von der beabsichtigten Wiederverwendungsanwendung eine tertiäre Behandlung erfordern.[2]

Anpflanzungen von Röhricht sind in europäischen Feuchtgebieten unter der Oberfläche beliebt, obwohl mindestens zwanzig andere Pflanzenarten verwendet werden können. Es können viele schnell wachsende Zeitpflanzen verwendet werden, wie zum Beispiel Musa spp., Juncus spp., Rohrkolben (Typha spp.) und Seggen.

Betrieb und Instandhaltung[edit]

Überlastungsspitzen sollten keine Leistungsprobleme verursachen, während ständige Überlastungen zu einem Verlust der Behandlungskapazität durch zu viel Schwebstoffe, Schlamm oder Fette führen.

Unterirdisch angeströmte Feuchtgebiete erfordern folgende Wartungsaufgaben: regelmäßige Überprüfung des Vorbehandlungsprozesses, der Pumpen bei deren Einsatz, der Zuflussfrachten und der Verteilung auf dem Filterbett.[2]

Vergleiche mit anderen Typen[edit]

Unterirdische Feuchtgebiete sind für Mücken weniger gastfreundlich als Feuchtgebiete mit Oberflächenströmung, da der Oberfläche kein Wasser ausgesetzt ist. Mücken können in Feuchtgebieten mit Oberflächenströmung ein Problem darstellen. Unterirdische Strömungssysteme haben den Vorteil, dass sie weniger Landfläche für die Wasseraufbereitung benötigen als Oberflächenströmungen. Oberflächenströmungsfeuchtgebiete können jedoch als Lebensraum für Wildtiere besser geeignet sein.

Für städtische Anwendungen kann der Flächenbedarf eines unter der Oberfläche fließenden Feuchtgebietes ein limitierender Faktor im Vergleich zu herkömmlichen kommunalen Kläranlagen sein. Aerobe Hochgeschwindigkeits-Behandlungsprozesse wie Belebtschlammanlagen, Rieselfilter, Drehscheiben, Tauchbelüftungsfilter oder Membranbioreaktoranlagen benötigen weniger Platz. Der Vorteil von unterirdischen Feuchtgebieten gegenüber diesen Technologien liegt in ihrer betrieblichen Robustheit, die in Entwicklungsländern besonders wichtig ist. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass bebaute Feuchtgebiete keinen Sekundärschlamm (Klärschlamm) produzieren, da keine Klärschlammbehandlung erforderlich ist.[2] Es entsteht jedoch Primärschlamm aus Vorklärbecken, der entfernt und behandelt werden muss.

Kosten[edit]

Die Kosten für unterirdisch angelegte Feuchtgebiete hängen hauptsächlich von den Kosten für den Sand ab, mit dem das Bett gefüllt werden muss.[3] Ein weiterer Faktor sind die Grundstückskosten.

Oberflächenströmung[edit]

Schema eines Feuchtgebiets mit freier Wasseroberfläche: Es zielt darauf ab, die natürlich vorkommenden Prozesse nachzubilden, bei denen sich Partikel ansiedeln, Krankheitserreger zerstört werden und Organismen und Pflanzen die Nährstoffe verwerten.

Oberflächenströmungs-Feuchtgebiete, auch als Freiwasser-Oberflächen-Feuchtgebiete bekannt, können für die tertiäre Behandlung oder Reinigung von Abwässern aus Kläranlagen verwendet werden.[18] Sie eignen sich auch zur Behandlung von Regenwasserabflüssen.

Durch Oberflächenströmung konstruierte Feuchtgebiete haben immer eine horizontale Strömung des Abwassers über die Wurzeln der Pflanzen und keine vertikale Strömung. Sie benötigen eine relativ große Fläche zur Reinigung des Wassers im Vergleich zu unterirdischen Feuchtgebieten und können im Winter einen erhöhten Geruch und eine geringere Leistung aufweisen.

Oberflächengeflutete Feuchtgebiete haben ein ähnliches Aussehen wie Teiche zur Abwasserbehandlung (zB “Abfallstabilisierungsteiche”), werden aber in der Fachliteratur nicht als Teiche klassifiziert.[19]

Krankheitserreger werden durch natürlichen Verfall, Raub durch höhere Organismen, Sedimentation und UV-Bestrahlung zerstört, da das Wasser direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist.[1] Die Bodenschicht unter dem Wasser ist anaerob, aber die Wurzeln der Pflanzen geben Sauerstoff um sie herum ab, was komplexe biologische und chemische Reaktionen ermöglicht.[20]

Oberflächenfließfeuchtgebiete können durch eine Vielzahl von Bodentypen unterstützt werden, einschließlich Buchtschlamm und anderen schluffigen Tonen.

Pflanzen wie Wasserhyazinthe (Eichhornia crassipes) und Pontederia spp. werden weltweit verwendet (obwohl Typha und Phragmites sehr invasiv sind).

Oberflächenströmungs-konstruierte Feuchtgebiete können jedoch die Mückenbrut fördern. Sie können auch eine hohe Algenproduktion aufweisen, die die Abwasserqualität senkt, und aufgrund von Moskitos und Gerüchen an der offenen Wasseroberfläche ist es schwieriger, sie in eine städtische Nachbarschaft zu integrieren.

  • Neu bepflanztes Feuchtgebiet

  • Gleiches konstruiertes Feuchtgebiet, zwei Jahre später

Hybridsysteme[edit]

Eine Kombination verschiedener Arten von bebauten Feuchtgebieten ist möglich, um die spezifischen Vorteile jedes Systems zu nutzen.[2]

Integriertes bebautes Feuchtgebiet[edit]

Ein integriertes konstruiertes Feuchtgebiet (ICW) ist ein nicht ausgekleidetes, frei fließendes konstruiertes Feuchtgebiet mit aufstrebenden Vegetationsflächen und lokalem Bodenmaterial. Ziel ist es, nicht nur Abwässer aus landwirtschaftlichen Betrieben und anderen Abwasserquellen zu behandeln, sondern auch die Feuchtgebietsinfrastruktur in die Landschaft zu integrieren und deren biologische Vielfalt zu verbessern.[21]

Integrierte bebaute Feuchtgebiete können im Vergleich zu anderen bebauten Feuchtgebieten robustere Behandlungssysteme sein.[22][23][21] Dies ist auf die größere biologische Komplexität und im Allgemeinen eine relativ größere Landflächennutzung und die damit verbundene längere hydraulische Verweilzeit integrierter bebauter Feuchtgebiete im Vergleich zu konventionellen bebauten Feuchtgebieten zurückzuführen.[24]

Integrierte bebaute Feuchtgebiete werden in Irland, Großbritannien und den Vereinigten Staaten seit etwa 2007 genutzt. Farm-konstruierte Feuchtgebiete, die eine Unterart der integrierten bebauten Feuchtgebiete sind, werden seit 2008 von der Scottish Environment Protection Agency und der Northern Ireland Environment Agency gefördert.[24]

Andere Designaspekte[edit]

Die Gestaltung eines bebauten Feuchtgebietes kann die Umgebung stark beeinflussen. Bei der Konstruktion sind vielfältige Fähigkeiten und Kenntnisse erforderlich, die bei unsachgemäßer Ausführung leicht schädlich für die Baustelle sein können. In diesem Entwurfsprozess wird eine lange Liste von Berufen benötigt, die von Bauingenieuren über Hydrologen bis hin zu Wildbiologen und Landschaftsarchitekten reichen. Der Landschaftsarchitekt kann ein breites Spektrum an Fähigkeiten einsetzen, um die Aufgabe des Baus eines Feuchtgebiets zu erfüllen, an die andere Berufe möglicherweise nicht denken. Ökologische Landschaftsarchitekten sind auch qualifiziert, in Abstimmung mit Feuchtgebietswissenschaftlern Entwürfe zur Wiederherstellung von Feuchtgebieten zu erstellen, die den gemeinschaftlichen Wert und die Wertschätzung eines Projekts durch gut gestalteten Zugang, Interpretation und Ansichten des Projekts steigern.[25] Landschaftsarchitektur hat eine lange Tradition in der Auseinandersetzung mit der ästhetischen Dimension von Feuchtgebieten. Landschaftsarchitekten führen auch durch die Gesetze und Vorschriften, die mit dem Bau eines Feuchtgebiets verbunden sind.[26]

Pflanzen und andere Organismen[edit]

Pflanzen[edit]

Typhas und Phragmiten sind aufgrund ihrer Wirksamkeit die Hauptarten, die in konstruierten Feuchtgebieten verwendet werden, auch wenn sie außerhalb ihres natürlichen Verbreitungsgebiets invasiv sein können.

In Nordamerika werden Rohrkolben (Typha latifolia) sind in konstruierten Feuchtgebieten aufgrund ihres weit verbreiteten Vorkommens, ihrer Fähigkeit, in unterschiedlichen Wassertiefen zu wachsen, leicht transportiert und verpflanzt zu werden und eine breite Toleranz der Wasserzusammensetzung (einschließlich pH-Wert, Salzgehalt, gelöster Sauerstoff und Schadstoffkonzentrationen) weit verbreitet. An anderer Stelle, Schilf (Phragmites australis) sind weit verbreitet (sowohl in der Schwarzwasseraufbereitung als auch in Grauwasseraufbereitungsanlagen zur Reinigung von Abwasser).

Pflanzen sind in der Regel aus ökologischen Gründen und optimaler Funktionsweise an diesem Standort heimisch.

  • Neu angelegtes Feuchtgebiet zur Schwarzwasseraufbereitung (Lima, Peru)

  • Die großen Wurzeln dieser entwurzelten Pflanze, die in einem konstruierten Feuchtgebiet wächst, weisen auf eine gesunde Pflanze hin (Lima, Peru)

  • Ein Hybridsystem mit Flowforms in einem Klärteich in Norwegen.

Tiere[edit]

Lokal angebaute, nicht räuberische Fische können zu Oberflächenströmungs-Feuchtgebieten hinzugefügt werden, um Schädlinge wie Mücken zu eliminieren oder zu reduzieren.

Regenwasser-Feuchtgebiete bieten Amphibien Lebensraum, aber die Schadstoffe, die sie ansammeln, können das Überleben der Larvenstadien beeinträchtigen und sie möglicherweise als “ökologische Fallen” fungieren.[27]

Da bebaute Feuchtgebiete autark sind, sind ihre Lebenszeitkosten deutlich niedriger als die konventioneller Aufbereitungssysteme. Oftmals sind auch ihre Investitionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Aufbereitungssystemen geringer.[28] Sie nehmen viel Platz ein und werden daher bei hohen Immobilienkosten nicht bevorzugt.

Geschichte[edit]

Das Abwasser der Primärklärung wurde jahrzehntelang direkt in natürliche Feuchtgebiete eingeleitet, bevor Umweltvorschriften die Praxis entmutigten.[citation needed] Unterirdisch angelegte Feuchtgebiete mit Sandfilterbetten haben ihren Ursprung in China und werden heute in Asien in Kleinstädten genutzt.[2]

Beispiele[edit]

Österreich[edit]

Die Gesamtzahl der bebauten Feuchtgebiete in Österreich beträgt 5.450 (im Jahr 2015).[29] Aufgrund gesetzlicher Vorgaben (Nitrifikation) werden in Österreich nur Vertikalströmungs-Feuchtgebiete eingesetzt, da diese eine bessere Nitrifikationsleistung erzielen als Horizontalströmungs-Feuchtgebiete. Nur etwa 100 dieser konstruierten Feuchtgebiete haben eine Entwurfsgröße von 50 Einwohneräquivalenten oder mehr. Die restlichen 5.350 Kläranlagen sind kleiner.[29]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ ein B C D e F g h ich J Maiga, Y., von Sperling, M., Mihelcic, J. 2017. Bebaute Feuchtgebiete. In: JB Rose und B. Jiménez-Cisneros, (Hrsg.) Globales Wasserpathogen-Projekt. (C. Haas, JR Mihelcic und ME Verbyla) (Hrsg.) Teil 4 Management of Risk from Excreta and Wastewater) Michigan State University, E. Lansing, MI, UNESCO. Material wurde von dieser Quelle kopiert, die unter a . verfügbar ist Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported Lizenz.
  2. ^ ein B C D e F g h ich J k l m Hoffmann, H., Platzer, C., von Münch, E., Winker, M. (2011): Technologieüberprüfung von konstruierten Feuchtgebieten – Unterirdisch fließende Feuchtgebiete für die Grauwasser- und häusliche Abwasserbehandlung. Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH, Eschborn, Deutschland
  3. ^ ein B C D e F g h Dotro, G.; Langergraber, G.; Molle, P.; Nivala, J.; Puigagut Juárez, J.; Stein, ODER; von Sperling, M. (2017). “Behandlung von Feuchtgebieten”. Band 7. Reihe Biologische Abwasserbehandlung. London: IWA-Verlag. ISBN 9781780408767. OCLC 984563578.
  4. ^ Siehe beispielsweise Urban Drainage and Flood Control District, Denver, CO. „Treatment BMP Fact Sheets:“

  5. ^ ein B Brix, H., Schierup, H. (1989): Dänische Erfahrungen mit der Abwasserbehandlung in bebauten Feuchtgebieten. In: Hammer, DA, Hrsg. (1989): Konstruierte Feuchtgebiete zur Abwasserbehandlung. Lewis-Verlage, Chelsea, Michigan, S. 565–573
  6. ^ Davies, TH; Hart, BT (1990). „Verwendung von Belüftung zur Förderung der Nitrifikation in Schilfgebieten zur Behandlung von Abwasser“. Konstruierte Feuchtgebiete zur Kontrolle der Wasserverschmutzung. S. 77–84. mach:10.1016/b978-0-08-040784-5.50012-7. ISBN 9780080407845.
  7. ^ Zimmermann, SR, Caraco, NF, Correll, DL, Howarth, RW, Sharpley, AN & Smith, VH (1998)Punktuelle Verschmutzung von Oberflächengewässern mit Phosphor und Stickstoff.Ökologische Anwendungen, 8, 559–568.
  8. ^ ein B Wetzel, RG (1983): Limnologie. Orlando, Florida: Saunders College-Verlag.
  9. ^ Hallin, Sara; Hellmann, Maria; Choudhury, Maidul I.; Ecke, Frauke (2015). „Relative Bedeutung der Pflanzenaufnahme und der pflanzenassoziierten Denitrifikation für die Entfernung von Stickstoff aus der Minenentwässerung in subarktischen Feuchtgebieten“. Wasserforschung. 85: 377–383. mach:10.1016/j.watres.2015.08.060. PMID 26360231.
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