Der Pflanzenfilter - ein biologischer Klärbereich für den Teich

Ein Pflanzenfilter oder Bodenfilter ist das wichtigste Instrument der Wasseraufbereitung. Dieser biologische Filter findet sich in oder an jedem Schwimmteich oder Naturpool. Es ist ein abgetrennter Bereich der mit Substrat angefüllt und bepflanzt wird. Auf der Oberfläche des Filtersubstrats bildet sich ein sogenannter Biofilm. Dies ist eine schleimartige Schicht, in der Mikroorganismen wie vorwiegend Bakterien aber auch Enzyme, Pilze etc. eingebettet sind. Die gelösten Nährstoffe und organischen Verunreinigungen im Wasser sind für die Mikroorganismen Energiequelle und Nahrung. Biofilme mit ihrer verästelten Struktur besitzen eine sehr große Adsorptionsfläche. Dadurch können Stoffe, die nicht sofort verarbeitet werden können, bis zu einem gewissen Grad am Biofilm angelagert und nachfolgend abgebaut werden. Die Wasserpflanzen werden in ihrer Leistung oft überschätzt, aber auch sie tragen ihren Teil zur Wasserreinigung bei, insbesondere da sie den wichtigen Nährstoff Phosphat entziehen. Die Wurzeln der Pflanzen erhalten außerdem die Durchlässigkeit der Substratschicht und fördern Sauerstoff in die tieferen Regionen. Ihre Reinigungsleistung in einem "Pflanzenfilter" liegt bei ungefähr 5-10 %.
Wird kein Umwälzsystem eingebaut, nutzt man sogenannte Regenertionsflächen. Es sind substratgefüllte (z.B. Kies) Teilbereiche des Teiches, die etwa die Hälfte bis 2/3 der Gesamtfläche einnehmen. Die Flächen müssen so groß sein, da nur eine obere Schicht des Substrates von ca. 5 cm biologisch aktiv ist. Dies ist die ursprüngliche Bauweise von biologischen Schwimmteichfiltern, aber inzwischen durch effizientere Verfahren verdrängt worden. Das Problem der alten Bauweise ist der große Flächenverbrauch und die mangelnde Filterstabiltät. Sobald sich Fadenalgen und Mulm auf die Substratoberschicht legen, ist die kontinierliche Sauerstoffversorgung des Biofilms nicht mehr gewährleistet. Die Reinigungswirkung nimmt ab und es kommt zu periodischen Eintrübungen.
Moderne Pflanzenfiltern haben nicht unbedingt weniger nutzbares Substratvolumen, jedoch eine deutlich geringere Gesamtfläche. Diese liegt bei ca. 10-20% des Schwimmbereichs, also einem 10tel der ursprünglichen Empfehlung. Über eine Wasserverteilsystem wird unterhalb der Substratschicht gezielt Wasser ausgeströmt oder angesaugt. Auf diese Weise wird die gesamte Kiesschicht biologisch aktiviert und nicht nur der obere Bereich. Allerdings sind der Dicke der Kiesschicht Grenzen gesetzt. Ab 50 cm Schichtstärke nimmt die Reinigungsleistung wieder ab. Dennoch gibt es Argumente für eine größere Schichtdicke. Man kann einen Pflanzenfilter auch als Sumpfbeet anlegen. Der Kies geht dann über den Wasserspiegel hinaus. Damit hat man auf einfache Weise die Bildung von Fadenalgen im Klärbereich unterbunden.
Bevor das Wasser biologisch behandelt wird, sollte das mitgeschwemmte Material weitgehend entfernt werden. Bei dieser "mechanischen" Reinigung werden Grobstoffe bis hin zu feinen Schwebepartikeln durch eine Vorfiltrierung zurückgehalten. Das ist wichtig um den Bakterienfilm zu schützen und zu entlasten. Wird die mechanische Vorreinigung nicht ausreichend durchgeführt, verschlammt der Biofilter mit der Zeit und muss im schlimmsten Fall zurückgebaut werden.

Beispiel für einen Pflanzenfilter mit Biodrain Wasserverteiler
Das mechanisch vorgereinigte Wasser wird durch das Biodrain Wasserverteilsystem am Boden des Pflanzenfilters ausgeströmt. Es steigt durch die Substratschichten auf und die Mikroorganismen und Wasserpflanzen verarbeiten die gelösten Nährstoffe. Anschliessen fliesst das das Wasser in die Schwimmzone zurück.
Als unterste Schicht wird ein grober Kies mit einer Körnung 16/32 eingebracht, der die Auströmerrohre gerade bedeckt. Dies ist die Verteilschicht. Der grobe Kies hat größere Zwischenräume, dadurch ist der hydraulische Widerstand ist geringer als bei feinem Kies. Das Wasser verteilt sich zunächst in der Ebene, bevor es großflächig durch die Filterkiesschicht mit der Körnung 2/8 oder 8/16 aufsteigt. Die Schichtdicke der Verteilschicht beträgt ca. 15 cm und die der Filterschicht ca. 60 cm.
Die Ausströmerrohre des Biodrain Wasserverteilsystems können flexibel angeordnet werden und lassen sich so an unterschiedliche Teichformen anpassen. Sie werden aus einem geschlossenen Verbinderstück und einem starren Rohr mit Teilschlitzung zusammengesetzt. Die Teilschlitzung hat mehrere Vorteile. Werden die Rohre zu einen langen Strang verkettet, bildet der geschlossene Bereich eine Art Fliesswanne. Das Wasser kann so über eine längere Strecke befördert werden. Zur Orientierung haben die Ausströmerrohre eine weisse Line als Markierung auf der Oberseite. Durch den Revisionschacht des Biodrain Systems bleiben die Rohre zugänglich und können im Falle einer Verstopfung ausgespült werden.
Pflanzenfilter räumlich getrennt

Getrennte Becken mit Sumpffilter

Dies ist eine sehr effiziente, wartungsarme Form des Pflanzenfilters, der als reine Monokultur ausgelegt werden kann. Z.B. ein Schilfgürtel als Sichtschutz. Nachteile sind die reduzierte Gesamtwasserfläche und die eingeschränkte Auswahl an Wasserpflanzen.
Planzenfilter im Becken


Verdeckter Rücklauf
Bei einem räumlich getrennten Pflanzenfilterbecken kann man den Wasserrücklauf als Überlaufschütte, Bachlauf oder Verbindungsrohr realisieren. Allerdings werden bei diesesn Methoden unweigerlich auch Fadenalgen in den Schwimmbereich gespült, was natürlich nicht gewollt ist. Mit der Topteich Rücklaufgarnitur wird dies verhindert. Das Wasser wird über ein stabiles Gitterrohr im Kiesbett gesammelt und über einen D110 Einlauf in das Schwimmbecken zurückgeleitet. Die Rücklaufgarnitur eignet sich auch sehr gut für die Verbindung eines Sumpffilters.
Das Filtersubstrat
In bepflanzten Bodenfiltern übernehmen mineralische Schüttgüter die Aufgabe des Filtermediums und Pflanzbodens. Je nach Betrachtungsweise unterscheidet man nach der Körnung (Kiese, Sande, Tone), nach der Gewinnungsart (Kies, Schotter, Splitt), nach Material ( Lava, Granit, Silikat, Zeolith) oder nach der Provenienz (Weserkies, Rheinkies). Als Spezialsubstrate finden häufig Mischungen aus verschiedenen Gesteinsarten Verwendung.
Aufgabe des Substrats
Der Bodenfilter dient der biologischen und physikalisch-chemischen Aufbereitung des Teichwassers. Das Substrat wird entweder oberflächlich durch die laminare Strömung einbezogen oder gezielt als kompletter Filterkörper durchströmt.
Dem Begriff der Filtration liegt der Vorgang der Trennung zugrunde. Das Filtermedium muss Partikel bis zu einer bestimmten Größe zurückhalten können. Zugleich ist das Filtermaterial Besiedlungsfläche für Mikroorganismen, die für den Abbau und Umbau der Anlagerungen sowie der gelösten Stoffe sorgen. Darüber hinaus verfügen einige Materialien wie z.B. Zeolith oder Eisenhydroxid über Anlagerungskräfte die auf einer spezifischen elektrostatischen Ladung beruhen. Diese Austauschkapazität reduziert sich mit der Zeit und es kann auch zu den gefürchteten spontanen Rücklösungen kommen.
Die Anforderungen an das Filtersubstrat:
- Filterkörper müssen gezielt und dauerhaft durchströmt werden können
- Das Material muss witterungsbeständig und abriebfest sein
- Gute Verträglichkeit mit Pflanzen
- Gut durchwurzelbar
- Abtrennung partikulärer Stoffe
- Viel Besiedlungsoberfläche für Bakterien
- Phosphatfrei (Lieferzustand)
Geeignete Filtersubstrate
Quarzkies

Basalt

Spezialsubstrat

Problematische Filtersubstrate
Flusskies

Zeolith

Lava

Rolle und Funktion der Pflanzen
Vielfach werden Wasserpflanzen als Hauptakteure bei der Reinigung des Gewässers beschrieben. Dies ist bereits seit Anfang der 90er Jahre durch Untersuchungen widerlegt. Tatsächlich muss man den Anteil an der Reinigungsleistung bei 5-10% einordnen. Die wesentliche Arbeit übernehmen Mikroorganismen. Diese Erkenntnis sollte aber nicht zu dem Rückschluss führen, dass Pflanzen funktionell bedeutungslos sind. Sie tragen über die Belüftungshohlräume in den Stängel-, Rhizom- und Wurzelsystemen Sauerstoff in den Teichboden ein und ermöglichen auch hier Kleinlebewesen und Bakterien zu leben und ihre Abbauleistungen unter aeroben Bedingungen zu entfalten. Sie lockern durch ihr permanentes Wurzel- und Rhizomwachstum den Boden auf und verhindern damit eine Verstopfung von Filterkieskörpern. Pflanzen sind also ein wichtiges Rad im Getriebe der Wasserreinigung. Ohne die Pflanzen könnten wichtige Prozesse nicht ablaufen, oder würden zumindest gestört. Vereinfacht kann man den Vergleich zu einem Restaurant heranziehen. Die Mikroorganismen sind die Köche, die aus den verschieden Zutaten ein schmackhaftes Gericht zubereiten. Die Pflanzen nehmen die Mahlzeit auf und wandeln sie in zusätzliches Körpergewicht um.
Nicht zu unterschätzen ist die Rolle der Wasserpflanzen beim Abbau von Phosphaten. Diese sind, um im Bild zu bleiben, das Salz in der Suppe. Phosphate können nur schwer eliminiert werden. Hier kommt den Pflanzen eine wichtige Rolle zu.

- Eintrag von Sauerstoff
- Eintrag von organischen Verbindungen
- Nährstoffverbrauch
- Offenhalten der Substratschicht durch „Wühlarbeit“ der Wurzeln
- Bildung von aeroben und aneroben Bereichen für die Nitrifikation und Denitrifikation durch Mikroorganismen
- Kohlenstoffquelle für Bakterien
- Beschattung des Filterbereichs
- zum Teil Abgabe alleopathischer Stoffe durch UW-Pflanzen zur Algenhemmung
Geeignete Wasserpflanzen
Segge

Teichbinse

Sumpf Schwertlilie

Problematische Wasserpflanzen
Unterwasserpflanzen

Schilf

Seerose

Zusammenfassende Hinweise zum Bau und Betrieb eines Pflanzenfilters
- Es ist auf eine ausreichende Vorfiltrierung zu achten
- Bei guter mechanische Vorfiltrierung reicht eine Größe von 10-20% der Schwimm- oder Nutzfläche aus
- Die wasserführende Substratschicht sollte maximal 50-70 cm betragen
- Ein Filtersubstrat mit einer Korngröße über 16 mm wird nur noch schlecht durchwurzelt
- Das Filtersubstrat darf keine Phosphate emittieren
- Der Pflanzenfilter sollte durchgehend 24 Std. beschickt werden. Kein Intervallbetrieb
- Bei Wassertemperaturen über 25 Grad nimmt die Leistung durch mangelnde Sauerstoffsättigung ab
- Je höher die Wasserüberdeckung desto schlechter wachsen die meisten Pflanzen
- Eine höhere Fadenalgenbildung im Pflanzenfilter als im Schwimmbereich ist normal
- Getrennte Becken sind haben insgesamt weniger Algenbelastung
- Will man die Algenbildung auch im Pflanzenfilter vermeiden, sollte man ihn als Sumpf anlegen
- Bei Inbetriebnahme sollten spezielle Starterbakterien eingesetzt werden. Impfungen aus anderen Teichen können Algensporen einschleppen
- Der Pflanzenfilter braucht Zeit bis er wirksam arbeitet. Wochenlange Grüntrübungen sind bei einem Neuteich normal und sollten nicht mit Algiziden behandelt werden
- Nach der Winterpause sollte im Pflanzenfilter ein Teilwasserwechsel des stehenden Wassers vorgenommen werden (sog. Rückspülung)