Kleinkläranlagen sind innovative natürliche Wasseraufbearbeitungs - Technologien, die ein breites Spektrum an verschmutztem Wasser effektiv behandeln. Diese Systeme optimieren natürliche Prozesse in Ökosystemen und stellen somit eine umweltfreundliche und nachhaltige Alternative zur Abwasserbehandlung dar. Im Vergleich zu anderen verfügbaren Wasseraufbearbeitungs - Technologien zeichnen sich Kleinkläranlagen durch einen geringen Betriebs- und Wartungsaufwand aus, was ihre Betriebskosten senkt und ihre Anwendung in der Praxis vereinfacht.
Einer der Hauptvorteile von Kleinkläranlagen ist ihre Robustheit; ihre Leistung bleibt selbst bei großen Schwankungen der Abwasserqualität oder -menge relativ stabil. Diese Systeme können verschiedene Abwasserarten effektiv behandeln, darunter Rohabwasser, primärgereinigtes Abwasser, sekundärgereinigtes Abwasser und tertiärgereinigtes Abwasser. Darüber hinaus können sie auch verschiedene landwirtschaftliche und industrielle Abwässer behandeln. In unserer Serie über Kleinkläranlagen konzentrieren wir uns jedoch hauptsächlich auf kommunales Abwasser, das einen zentralen Aspekt eines nachhaltigen Wasserressourcenmanagements darstellt.
Kleinkläranlagen lassen sich in Systeme mit ober- und unterirdischem Wasserdurchfluss unterteilen. In der Literatur werden verschiedene Varianten von Wurzelfiltern beschrieben, in der Praxis werden je nach zu behandelndem Abwasser verschiedene Kombinationen dieser Filter eingesetzt. Feuchtgebiete mit unterirdischem Wasserdurchfluss werden weiter in horizontale (HF) und vertikale (VF) Filterfelder unterteilt, wobei die Einteilung von der Fließrichtung des Wassers durch den Filter abhängt.
Um ein Verstopfen des porösen Filtermaterials zu verhindern, dient der Einsatz von HF- und VF-Filterfeldern üblicherweise der sekundären und tertiären Abwasserbehandlung. Die primäre Behandlungsstufe vor dem Eintritt in die Wurzelkläranlage kann eine Mehrkammer-Klärgrube, ein Schlitzbehälter, ein Anaerobabscheider oder eine andere geeignete Behandlungsart sein. Es gibt auch speziell entwickelte Vertikalfilter, die Rohabwasser ohne Vorbehandlung verarbeiten können. Diese sogenannten französischen Vertikalfilter bieten eine integrierte Schlamm- und Abwasserbehandlung in einem Komplettsystem und sparen Baukosten, da keine primäre Abwasserbehandlung erforderlich ist.
Kleinkläranlagen mit freier Wasseroberfläche (FWS) zeichnen sich durch dicht bepflanzte Vegetationseinheiten aus, bei denen das Wasser über die Oberfläche des Filtermediums fließt. In diesen Systemen ist das Wasser sichtbar und fördert die Entwicklung von Pflanzen, die das Abwasser umwandeln und reinigen. Diese Kleinkläranlagen mit freier Wasseroberfläche werden typischerweise zur tertiären Abwasserbehandlung eingesetzt und tragen so zur allgemeinen Verbesserung der Wasserqualität bei, bevor das Wasser in verschiedenen Anwendungen wiederverwendet wird.
Abbildung 1 – Schematische Übersicht ausgewählter Kleinkläranlagentypen. Oben links: Horizontalfilter; oben rechts: Vertikalfilter; links Mitte: Französischer Vertikalfilter – erste Stufe; rechts Mitte: Französischer Vertikalfilter – zweite Stufe; unten: Freiflächenfilter.
Tabelle 1 bietet eine Übersicht über die vier Haupttypen von Wurzelfiltern:
Horizontaler Wurzelfilter, vertikaler Wurzelfilter, französischer vertikaler Wurzelfilter und freier Oberflächenwurzelfilter.
Die folgende Tabelle fasst die zu erwartende Wasserreinigungseffizienz für typische Ausführungen der vier aufgeführten Wurzel-Filtertypen zusammen. Für jeden dieser Haupttypen gibt es eine Vielzahl von Modifikationen, die zu einer höheren Effizienz des Reinigungsprozesses führen können.
Typische Reinigungsleistung ausgewählter Wurzelfiltertypen.
1 Einstufiger HF-Filter, Hauptschicht Sand (Korngröße 0,06 – 4 mm)
Flächenintensität ausgewählter Abwasserbehandlungstechnologien für die Sekundärbehandlung unter warmen bis gemäßigten Klimabedingungen.
Die Tabelle zeigt die spezifischen Anforderungen an die Behandlungsfläche pro Einwohnergleichwert (EW) ausgewählter Technologien zur Sekundärbehandlung von häuslichem Abwasser. Es ist zu beachten, dass die in der Tabelle aufgeführten Technologien nicht unbedingt die gleiche und stabile Wasserqualität am Auslass gewährleisten. Freiflächenfilter und UASB-Reaktoren werden in gemäßigten Klimazonen selten für kommunales Abwasser eingesetzt. Sie werden eher in wärmeren Regionen eingesetzt.
Kleinkläranlagen benötigen im Vergleich zu anderen Klärsystemen zwar mehr Platz, benötigen dafür aber weniger Fremdenergie sowie Betriebs- und Wartungsaufwand. Sofern das Gelände es erlaubt, können Wurzelfilter ohne Pumpen und damit ohne Fremdenergie betrieben werden. Wie alle extensiven Abwasserreinigungssysteme sind Wurzelkläranlagen robust und unempfindlich gegenüber Schwankungen in Durchflussmenge und Konzentration des Abwassers im Zulauf. Dadurch eignen sich Wurzelkläranlagen besonders für den Einsatz als dezentrale Abwasserreinigungsanlage für Einfamilienhäuser, Einfamilienhaus- oder Mehrfamilienhausgruppen, Pensionen und dergleichen.
G. Dotro, G. Langergraber, P. Molle, J. Nivala, J. Puigaut, O. Stein, M. von Sperling. 2017. Biological Wastewater Treatment Series, Volume 7, Treatment Wetlands. London : IWA Publishing, 2017. ISBN: 9781780408767.
