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Kiesfilter

im Naturpool  (per Definition haben Schwimmteiche keine Filter)

Die moderne Filtertechnik im Schwimmteichbau beinhaltet eine optimal verteilte Wasserdurchströmung im Kiesfilter, kombiniert mit einem Durchlüftungssystem. Man hat in verschiedenen Versuchen und vor allem auch in der Praxis festgestellt, dass das gewöhnliche Durchspülen des Filters ein- oderzweimal jährlich nur einen geringen Austrag der im Filter angesammelten Nährstoffe zur Folge hat. Man redet von 15-25 % des Phophates, der überhaupt ausgewaschen werden kann. Der ganze Rest verbleibt mehr oder weniger gebunden im Filter zurück. Diese Rückstände, die nach dem Blowern deutlich sichbar sind, können problemlos abgesaugt werden. Durch das Blowern können 60 % bis 80% der Rückstände im Filter herausgelöst werden, also ein erhebliche Verbesserung gegenüber dem gewöhnlichen Rückspülen. Mit einem speziellen Absaugsystem können auch die Ablagerungen am Boden des Filters abgesaugt werden. Im weiteren wurde festgestellt, dass Störungen im System durch Blowern auch während der Saison behoben werden konnten. Unter Störungen versteht man vermehrtes Auftreten von Algen und von Biofilm ich Schwimmbereich. Je nach Filteraufbau ist es auch möglich, in bestehenden Teichen ein Blowersystem einzubauen, ohne dass der gesamte Filter ausgebaut werden muss.

Wir bieten in unserem Service ein jährliches Blowern an, das jeweils mit dem Frühjahrsservice ausgeführt wird, sofern ein Blowersystem eingebaut ist. Je nach Filtersystem kann auch in bestehenden Filtern geblowert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Blowern selber durchzuführen. Dazu wird lediglich eine Gebläsepumpe benötigt, die samt Anschlüssen zwischen Fr. 300.-- und 400.-- kostet.

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.

in diesem ältere Schwimmteich übernehmen die Pflanzen im Kies die eigentliche Reinigung = Nährstoffaufnahme

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.

 

Die optimale Durchströmung des Kiesfilters ist sehr wichtig

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.

Die heutigen Filter im Badeteich sind meistens Einkornfilter, d.h. es wird nur eine einzige Schicht Kies eingebaut. Meist handelt es sich um die Körnung 4-8 oder 8-12 oder ähnliche. Neben Kiesen (zumeist kalkhaltig) werden auch Materialien wie Zeolith oder Kunststoffe verwendet.

Um was geht es in den Filtern, die im Badeteich (Naturpool) 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.

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.

Der chemische Prozess:

Ein wichtiger Prozess ist die Bindung 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. Dieses Phänomen wird vor allem in neuen Teichen festgestellt, wo die Ablagerungen wie kleine Würmchen aussehen.
Ein wichtiger recht lange anhaltender Prozess besteht in der P-Fällung mit Kalk. Nach der Formel  2[PO4]3- +3Ca(OH)2 = Ca3(PO4) + 6OH-  entsteht eine Vorstufe zum Apatit, einem schwer löslichen Mineral. So wird, sofern im Filter frei löslicher Kalk vorhanden ist, Phosphor dem Kreislauf dauerhaft entzogen. Nach der selben Methode kann Phosphor dem Teich entzogen werden, indem gelöschter Kalk eingebracht wird. Die wird auf der Seite Unterhalt beschrieben. 

 

Der biologische Prozess

Im Kiesfilter legen sich rund um die Gesteine aber auch Biofilm an, welche Phosphate und andere Nährstoffe aufnehmen. Dies ist eigentlich der wichtigste Prozess, der im Kiesfilter stattfindet. Neben Bakterien sind viele andere zumeist einzellige Organismen an diesem Prozess beteiligt. 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. Dass dieser Prozess funktioniert, darf kein Wachstumsfaktor unter dem  Minimum vorhanden sein. Es ist häufig der Fall, dass zum Aufbau des Biofilms Kohlenhydrat, also Zucker fehlen. Gegebenenfalls muss dieser zusätzlich zugegeben 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.

Im Kiesfilter gedeihen nur ganz wenige Pflanzen gut. Die meisten Sumpfpflanzen verlangen einen 'fetten' Boden, was hier nicht gegegen ist

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.

Unterhalb der Kiesschicht befindet sich ein Verteilsystem, welches grantiert, dass der Filter optimal durchströmt wird

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.

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.

Die moderne Art, Kiesfilter optimal zu durchströmen

Die Kiesfilter, die bei den BioNova - Badeteichen eingesetzt werden, bestehen aus Kalkschotter. Sie werden in Mächtigkeiten von 120-200 cm eingebaut und umfassen in Schichten die Grössen von 4-8 mm. In einem Teich von ca. 80 m2 Wasseroberfläche werden rund 15 Tonnen Kies und Sand eingebaut. So wird gewährleistet, dass eine optimale Reinigung stattfindet bei gleichzeitig guter Durchströmung.

Grösse des Filters

Die Grösse der Oberfläche des Filters spielt eine wichtige Rolle. Sie steht nämlich in direktem Zusammenhang mit der Fliessgeschwindigkeit des Wassers, das durch den Filter fliesst. War man früher eher der Meinung, dass das eher langsam stattfinden sollte, haben unsere eigenen Untersuchungen (und auch die von Kollegen) ergeben, dass der Aufbau von Biofilm abhängig ist von der Fliessgeschwindigkeit. Je höher diese ist, desto mehr Biofilm wird aufgebaut. Allerdings ist die Steigerung nicht linear, aber immerhin. Als optimale Geschwindigkeit wird heute ca. 4 - 12m/h angenommen. (was auch nicht sehr schnell ist) Je grösser die Oberfläche des Filters ist und das unabhängig von der Tiefe, desto mehr Pumpenleistung ist erforderlich und desto mehr Strom wird gebraucht.

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

Dass unsere Schwimm- und Badeteiche funktionieren, zeigen dieseBilder:

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