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Der Pflanzenfilter - ein biologischer Klärbereich für den Teich

Filtertechnik
Teich mit biologischem Pflanzenfilter
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.


   
Aufbau eine Pflanzenfilters für Schwimmteiche
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.

Planzenfilter im Becken
Sehr häufig anzutreffende Bauweise die sich an den ursprünglichen Schwimmteich Baukonzepten orientiert. Inzwischen wird die Klärzone strömungstechnisch optimiert und kann kleiner gebaut werden. Der Vorteil ist die zusammenhängende Wasseroberfläche, die mit den Pflanzzonen sehr dekorativ wirkt. Der Nachteil ist die stärkere Verbreitung von Fadenalgen. Diese entstehen zunächst in der Klärzone und breiten sich dann ungehindert im gesamten Schwimmteich aus.
Pflanzenfilter räumlich getrennt
Die sogenannte Zweikammer Bauweise findet zunehmend Anhänger, da sie wartungsfreundlicher ist. Im getrennten Becken werden die Fadenalgen zurückgehalten und es finden sich kaum noch Algenpolster im Schwimmbereich. Auch der Teilwasserwechsel im Frühjahr (sog. Rückspülung) lässt sich kontrollierter durchführen. Als nachteilig können die getrennten Wasserflächen empfunden werden.
Getrennte Becken mit Sumpffilter
Diese Bauform ist eine Variante der Zweikammer Bauweise. Die Kiesschicht im Pflanzenfilter wird über die Wasserlinie angeschüttet. Die Pflanzen stehen wurzelnass und gedeihen gut. Da es keinen Wasserüberstand gibt, können sich auch keine Algen bilden.
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.
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
Spezialsubstrat
Es gibt verschiedene Teichsubstrate die oft werbewirksam angepriesen werden. Wunder sollte man dennoch nicht erwarten. Sinnvoll sind Gesteinsmischungen, die garantiert phosphatfrei sind und durch einen Kalksteinanteil für einen pH Ausgleich sorgen. Anteile von Eisenhydroxid oder Zeolith sind langfristig eher negativ.

Quarzkies
Quarzkiese unterscheiden sich von anderen Kiesen durch ihren hohen SiO2-Anteil (Siliziumdioxid, das Mineral Quarz). Dadurch sind Quarze sehr hart. Eine Wasseraufbereitung ohne diese Filterkiese wäre in einem technischen Maßstab nicht denkbar. Was sich in den Kläranlagen bewährt hat, eignet sich auch hervorragend für den Pflanzenfilter im Teichbau. Es gibt zertifizierte Filterquarze die garantiert phosphatfrei sind. z.B. Aquagran.

Basalt
Basalt ist ein dunkler Naturstein vulkanischen Ursprungs und gilt als Urgestein der Erde. Er verfügt über eine hohe Dichte und ist damit sehr fest. Anwendung findet Basalt im Garten und Wasserbau. Es eignet sich auch als gebrochene Schüttung bis Korn 16 für den Einsatz in einem Pflanzenfilter.
Problematische Filtersubstrate
Lava
Lava ist die Bezeichnung für eruptiertes Magma, das an die Erdoberfläche ausgetreten ist. Es wird als Granulat angeboten. Durch den porösen Kern ergibt sich eine rechnerisch hohe Besiedlingsfläche für Bakterien. Sobald der Kern durch Sedimente unter Sauerstoffabschluss gerät, setzen anaerobe Bakterien wieder Nährstoffe frei. Statt Nährstoffabbau kommt es zu einem Nährstoffüberschuss. Ausserdem ist Lava sehr leicht und lässt sich kaum mit dem Teichsauger reinigen.
Flusskies
Der Flusskies ist ein natürliches Produkt, das eine lange Entstehungszeit benötigt. Durch den Transport und das Reiben im Wasser werden die groben, kantigen Gesteinsbrocken zum runden „Kieselstein“. Rundkies wird aufgrund der guten Verfügbarkeit und des geringen Preises gern als Filtermaterial eingesetzt. Wichtig ist, dass das Material keine eigene Phosphatbelastung aufweist. Das würde unweigerlich zu ständigen Algenproblemen führen. Da diese Kiese in der Regel nicht zertifiziert sind, wird der Einsatz zum Glückspiel.
Zeolith
Zeolithe sind kristalline Alumosilikate, die in zahlreichen Modifikationen in der Natur vorkommen aber auch synthetisch hergestellt werden können. Zeolithe haben in den ersten 4 Wochen durch die elektrostatische Ladung eine gute Bindekapazität für Ammonium, jedoch nicht für Phosphate. Wenn diese erschöpft ist, dient Zeolith lediglich als Besiedlungsmaterial für Bakterinrasen. Leider lösen anaerobe Bakterien in der porösen Struktur auch gebunden Nährstoffe wieder aus, sodass sich der anfängliche Vorteil ins Gegenteil verkehren kann.
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.

Den Repositionspflanzen werden folgende Wirkungen zugeschrieben:
  • 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
Sumpf Schwertlilie
Iris pseudacorus bildet bei geeigneter Nährstoffversorgung mächtige gelbblühende Horste, die ausgesprochen dekorativ wirken. Sie ist als Zusatzpflanze zum Kiesbettröhricht bestens geeignet, und lockert die oft etwas eintönigen Monokulturbeete der Kiesfiltern auf. Unter nährstoffarmen Bedingungen braucht sie mitunter etwas Starthilfe. So kann man sie zum Beispiel auf gut eingewachsenen Kiesbetten als große Containerpflanze hinzupflanzen und mit phosphatfreiem Spezialdünger wurzelnah düngen. Ist sie erst einmal angewachsen, zeigt sie an geeigneten Standorten auch gegenüber anderen Röhrichtpflanzen ausreichend Konkurenzstärke und braucht keine weiteren Hilfen mehr. Sie fruchtet dann auch ergiebig und eine generative Vermehrung aus den Samen ist problemlos möglich.

Segge
Neben den vielen kleinwüchsigen eher solitär wachsenden Arten, gibt es in dieser Gattung mittelhohe bestandsbildende Vertreter, die dem Schilf in der Abbauleistung in nichts nachstehen. Die Schlanksegge (Carex gracilis), die Ufersegge (Carex riparia) und die Sumpfsegge (Carex acutiformis) sind Vertreter derartiger Wuchsformtypen. Dekorativ wirken die ganzjährig grünen Arten, die wie alle Carex-Arten einen dreikantigen Stängel besitzen. Carex gracilis und Carex riparia kommen mit den nährstoffarmen Verhältnissen im Schwimmteich gut zurecht. Carex elata kann als Verlandungspflanze bis in den trockenen Bereich hineingepflanzt werden. Sie eignet sich daher für separate Pflanzenklärbecken, die bis über den Wasserspiegel hinaus gebaut werden.

Teichbinse
Die Teichbinse wächst in der Natur oft am seeseitigen Rand der Schilfgürtel, da ihre drehrunden, knotenlosen Stängel mechanisch belastbarer als die Schilfhalme sind. Auch sie zeichnet eine große ökologische Amplitude aus. Sie sind in der Klärtechnik ebenso einsetzbar, wie in der Bepflanzung eher nährstoffarmer Schwimmteichbiotope. Allerdings durchwurzeln sie den Boden nur bis in eine Tiefe von etwa 40 cm. Bei tieferen Kiesbetten bleiben die unteren Schichten frei von Rhizomen und Wurzelgeflecht.
Problematische Wasserpflanzen
Seerose
Seeerosen stehen auf der Wunschliste vieler Gartenteichbesitzer. Da sie hohe Ansprüche an Wassertiefe, Substrat und Nährstoffe stellen sind sie in nährstoffarmen Schwimmteichen nur schwer zu kultivieren. Sie haben auch einen gewissen Ausbreitungsdrang und bei guten Bedingungen können die Blätter eine weiten Bereich der Wasserfläche einnehmen. Wie empfindlich Seerosen sind, erkennt man bei einem Einsatz von Algenmitteln. Diese Pflanzenart nimmt sehr schnell Schaden, während andere Wasserpflanzen unbeeindruckt bleiben.
Unterwasserpflanzen
In älteren Publikationen wird der Einsatz von Unterwasserpflanzen in Schwimmteichen als wesentliches Instrument der Wasserreinigung empfohlen. Viele, die dieser Empfehlung gefolgt sind, wurden bitter enttäuscht. Die Wirkung blieb aus und die Unterwasserpflanzen starben nach kurzer Zeit ab. Das mag daran liegen, dass diese Pflanzenart keine Wurzeln zur Stoffaufnahme bilden und deshalb auf nährstoffreiches Wasser angewiesen sind.
Schilf
Schilf ist die Repositionspflanze mit der größten Reinigungswirkung. Es ist eine ausgesprochen konkurrenzstarke Art im stehenden Gewässer. Dort verdrängt es weitgehend die anderen Wasserpflanzen oder wächst so dich, dass diese nicht mehr zur Geltung kommen. Die unterirdischen Ausläufer dringen tief in das Substrat ein. Schilf sollte man nur in Pflanzenfiltern einsetzen, deren Wasserverteilsystem nicht durch die Wurzel verstopft werden kann. Z.B. bei einem Gitterboden. Dort kann die Pflanze neben der technischen Reinigungsfunktion auch einen dekorativen Sichtschutz bieten. Etwas empfindlich ist die Schilfpflanze gegenüber Abknicken oder Abschneiden der Halme unterhalb der Wasseroberfläche. Die dann fehlende Belüftung der unterirdischen Rhizome hindert die Pflanze am Neuaustrieb.
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)





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