Projekt 27859/01

Entwicklung eines dezentralen Hochleistungs-Bodenfilters zur Reinigung zinkhaltiger Dachabflüsse in Gartenbaubetrieben und Schaffung lokaler Wasserkreisläufe

Projektdurchführung

Hochschule Bremen Fak. 2 - Abt. Umweltingenieurwissenschaften Institut für Umwelt und Biotechnik
Neustadtwall 30
28199 Bremen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Gartenbau wird bei verzinkten Stahlbaukonstruktionen älterer Gewächshäuser (Dachfläche: > 2800 ha) auf Grund des phytotoxischen Potenzials zinkhaltiger Dachabschwemmungen häufig auf ein Dachwasser-Recycling in der Pflanzenproduktion verzichtet. Der zinkhaltige Abfluss wird mangels kostengünstiger Aufbereitungstechnologien stattdessen ungenutzt in die Kanalisation eingeleitet. Da diese und vergleichbare diffuse Metallemissionen heute die wichtigsten Schwermetall-Eintragspfade in Gewässer darstellen, war es Ziel des Projektes, durch die Entwicklung eines hocheffektiven, dezentralisierten Filtersystems zur Minderung solcher Emissionen beizutragen. Durch eine entsprechende Nachrüstung verzinkter Gewächshäuser sollte zugleich im Gartenbau eine rationellere Nutzung verfügbarer Wasserressourcen ermöglicht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen erfolgten im Rhododendronpark Bremen an einem repräsentativen Gewächshaus mit feuerverzinktem Stahlskelett und verzinkten Dachsprossen und -rinnen unter den ortsüblichen meteorologischen Bedingungen. Von einer Teildachfläche wurde der zinkhaltige Abfluss auf drei Varianten eines bioaktivierten Mehr-Komponenten-Filtersystems mit zinkadsorbierenden Substratkomponenten abgeleitet. Die als Volumenfilter vorgesehenen Kompositfilter ermöglichten auf Grund ihrer kolmationshemmenden Vegetation eine intensivierte Infiltration. In einem eineinhalbjährigen Beobachtungsintervall wurden unter Praxis-Bedingungen die Systemleistungen qualitativ (Zinkkonzentrationen), quantitativ (Zu /Abflussvolumen) und in gärtnerischer Hinsicht (Eignung als Gießwasser von Kulturpflanzen) überprüft.


Ergebnisse und Diskussion

Der halbtechnische Test der substratoptimierten Kompositfilter wurde an einem repräsentativen Gewächshaus in feuerverzinkter Stahlbauweise durchgeführt. Hierfür wurden drei unterschiedlich ausgestattete Substratfilter unter standorttypischen meteorologischen Bedingungen 16 Monate lang mit zinkhaltigem Dachablauf beschickt.
Die Sekundärbelastung des zinkhaltigen Gewächshausablaufes überstieg bereits unter einer mäßig korrosiven Atmosphäre sowohl rechtliche Prüfwerte als auch gartenbauliche Empfehlungen, was in den Wasser- und Pflanzenuntersuchungen bestätigt wurde. Die Behandlung von Abläufen auch nur teilverzinkter Dachflächen ist demnach erforderlich.
Die Versuche zeigten, dass eine mechanische Filtration mit reinem Sandsubstrat zur dauerhaften Reinigung solcher zinkbelasteter Wässer ungeeignet ist. Nur physiko-chemisch wirkende Filter wie der hier erprobte, bioaktivierte Kompositfilter leisteten bei zinkbelasteten Dachabläufen eine verlässliche und effiziente Reinigung. Optimale Ergebnisse erzielte das bepflanzte, 30 cm starke Kies/Sandsubstrat mit einer dünnen Reaktivbarriere aus sorptionsstarken Substratadditiven (4 M-% Kompost und 0,2 M-% Silikatkoloid). Zink wurde hier mit einem Wirkungsgrad von >90% der Eingangskonzentration verlässlich und effizient zurückgehalten. Sowohl die Zinkelimination als auch die in Batchversuchen ermittelte Stoffbindungskapazität und Standzeit von >20 a waren sehr hoch und überstiegen vielfach Angaben zu anderen Substraten. Gleichzeitig wurde eine weitestgehende Reduktion der emittierten Jahresfrachten erreicht.
Die getesteten Kompositfiltersubstrate waren unter Praxisbedingungen bei anhaltend hoher Infiltration strukturstabil. Im Gegensatz zu anderen Substraten fand eine stetige, substratbürtige Bereitstellung von Pflanzennährstoffen statt, so dass der gereinigte Dachablauf hohe Gießwassereignung besaß.
Die Reduktion des Sickerwasservolumens durch die eingesetzte Bepflanzung war aus vorangehenden Arbeiten bekannt. Für die optimale Funktion der Bepflanzung waren geringe Anschlussverhältnisse(Ared: As 1) wichtig. Die Bepflanzung förderte die Filterleistungen in vielfältiger und selbstoptimieren-der Weise (Kolmationsschutz, Phytostabilisierung, Rhizofiltration, Transpiration, ggf. Phytoextraktion).
Die nährstoffhaltigen, phytohygienisch einwandfreien Filtrate hatten Gießwasserqualität und entsprachen durch geringe Zinkgehalte den Zielvorgaben der BBODSCHV, Daher kann der gereinigte Gewächshausablauf zur Herstellung von qualitativ hochwertigem Sekundärrohwasser für die Produktion herangezogen werden, oder ggf. auch schadlos versickert und so zukünftig zur Schließung des lokalen Wasserkreislaufes genutzt werden.
Auf Grundlage der Versuchsergebnisse und in Kenntnis der konstruktiven Anforderungen wird für die vorgesehene konstruktive Umsetzung ein oberflächliches Rinnensystem vorgeschlagen, welches auch für Anlagen nach DIN 1989 adaptierbar ist. Damit steht dem Gartenbau ein platz- und energiesparendes, leistungsfähiges und robustes Schnellfiltersystem für zinkbelastete Gewächshausabläufe zur Verfügung.
Die angestrebten Ziele des Vorhabens wurden vollständig erreicht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Teilergebnisse dieses Vorhabens wurden auf Fachmessen und Tagungen (DWA-Regenwassertagung 2012 Berlin; IFAT 2012 München) mit der interessierten Fachöffentlichkeit diskutiert und das Verfahren potenziellen Vertriebspartnern mündlich vorgestellt. Die umfangreiche Veröffentlichung der Projektergebnisse sowie ein Ausblick auf die technische Umsetzung erfolgen in Form des Abschlussberichtes.
Eine Veröffentlichung der relevanten Projektergebnisse und -ideen in den Organen der FACHVEREINIGUNG BETRIEBS- UND REGENWASSERNUTZUNG E.V. ist geplant.
Die Versuchsanlage wurde im Rahmen einer Exkursion zum Thema Wasseraufbereitungstechnologien Studenten des Internationalen Studiengangs Umwelttechnik der Hochschule Bremen am 25.03.2011 vorgestellt. Gleichzeitig wurden das Projekt und dessen Inhalte in die Lehrveranstaltung Ökologie aufgenommen.


Fazit

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bewachsene Bodenfilter sich zur Reinigung zinkhaltiger Gewächshausabläufe und Herstellung qualitativ hochwertigen Gießwassers für die gärtnerische Produktion eignen. Die Untersuchungen zeigen ein stabiles Erreichen der angestrebten Reinigungswirkung. Durch Verbindung mit vor- und nachgeschalteten, modularisierbaren Anlagenkomponenten ist das System flexibel und kann wirtschaftlich in der gärtnerischen Produktion eingesetzt werden. Die Bioaktivierung ge-währt eine Selbstoptimierung des Systems und senkt die Intervalle für Wartung und Unterhalt.