Sumpffilter
Systeme für natürliche Wasseraufbereitung wurden schon in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts bei der Reinigung von häuslichen und industriellen Abwässern, Regenwasser, Badewasser oder der Sanierung von Fluss- und Seewasser sowie Aufbereitung vom Trinkwasser verwendet. Damals entstanden eine Reihe von Kläranlagen, einige von ihnen mit einer Gesamtfläche von mehreren zehn Hektar. Eine besondere Eigenschaft der natürlichen Reinigungssysteme ist die hohe Stabilität der Vorgänge, Robustheit bei Überbelastung und geringer Bedarf an Wasser. Dabei sollten auch andere Vorteile, wie das Reinigen von Biogenen, die Einfachheit der Bedienung und eine hohe Landschaftsbewertung, beachtet werden.
In den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden im Max-Planck-Institut in Krefeld Forschungen über die Fähigkeit von Sumpfpflanzen bei der Reduktion von Verunreinigungen durchgeführt. Als Ergebnis der durchgeführten Forschungen von Prof. Käthe Seidel entstanden Abwasserkläranlagen mit Einsatz von Binse und Schilf. Weitere Forschungen führte Prof. Reinhold Kickuth, Wissenschaftler für Bodenkunde an der Universität zu Kassel, durch. Er stellte fest, dass mit Mineralien präparierter Boden eine wichtige Rolle im Klärungsprozess spielt, besonders bei der Reduktion und Bindung von Nährstoffen. Er bewies, dass nicht nur der bakterielle Film, sondern auch die reiche, stimulierende bakterielle Biozönose an den Wurzelwerken der Pflanzen von Bedeutung ist. Durch Luftgewebe der Pflanzen kommt Sauerstoff in die tieferen Bodenschichten, wo aerobe Vorgänge stattfinden können. Daraufhin entstanden dann Pflanzenkläranlagen, bei denen der Filterkörper mit nichtbindenden Substraten befüllt war. Dadurch wurden guten Sorptionseigenschaften und eine stabile Hydraulik erreicht.
Bei der Klärung von Rohwasser finden mechanische Vorgänge (Sedimentation und Filtration), biologische Prozesse (z.B. die Zersetzung von komplexen Verbindungen durch Bakterien) und chemische Vorgänge (Bindung von Nährstoffen und Giftstoffen durch Absorption) statt. Sumpffilter besitzen meistens eine viel größere Retention als konventionelle Systeme, wodurch das zu reinigende Medium länger am Filterkörper liegt. Ein Vorteil davon ist die hohe Leistung der Zersetzungsvorgänge im Filterkörper. Die Rolle der Pflanzen liegt nicht nur darin, dass sie eine entsprechende hydraulische Durchlässigkeit und den sogenannten Rhizosphären-Effekt gewährleisten. Vielmehr sind die Pflanzen auch fähig, viele Nähr- und Giftstoffe vom Medium in ihrem Gewebe zu speichern. Bei Klärung von Regenwasser oder Teichwasser, davon auch Schwimmteichwasser, haben die Pflanzen einen nicht umgedeuteten Einfluss auf die gesamte Klärung. Im Falle von häuslicher Abwasserklärung können die Pflanzen aber nur ca. 15 bis 20% der Nährstoffe binden. Die Filter können durchströmt oder in einem geschlossenem Kreislauf betätigt werden.
Filtertypen
Es gibt mehrere Kategorien der Unterteilung von Filter. Die wichtigste ist die Unterteilung in hydrobotanische Filter und Bodenfilter.
Ein hydrobotanischer Filter besteht aus Wasserbecken, in denen die Sumpf-, Wasser- und Unterwasserpflanzen wachsen. Vorteilhaft ist es mehrere Pflanzenarten in den Becken wachsen zu lassen, da dadurch höhere Beständigkeit auf unterschiedliche Belastung, Wasserniveau und Umwälzrate erreicht wird. Zusätzlich sehen solche Anlagen natürlicher aus und ähneln einem Teichsystem.
Noch leistungsfähiger sind jedoch die Klärsysteme mit Filterkörper, da neben den Filtrationsfähigkeiten der Pflanzen auch im Filterkörper eine effektive Klärung durch den Biofilm und chemische Reaktionen mit den Mineralien im Boden stattfindet. Aufgrund der Stromrichtung unterscheidet man horizontale, vertikale von oben nach unten und vertikale von unten nach oben (inverse) Filter sowie Filter mit gemischter Durchströmung. Die Filterkörper können entweder trocken oder überflutet sein. Die dort verwendeten Pflanzen sind meistens Schilf mit einer Wurzelraumtiefe bis zu 1 m, sowie Binse, Weide oder Seggen. Als Filterkörper dienen Sand, Kies, entsprechend präparierte Tonerde sowie Filtrationsmaterial mit poröser Oberfläche wie Lava, vulkanische Tuffe, Tongranulate, Schlacke und Zutaten mit guten Sorptionseingenschaften (Eisenhaltige Mineralien, Kalksplitt, Dolomit). In professionell erstellten Filteranlagen werden die Filterbestandteile dem Filtrationsmedium anhand der Wasserparameter und dem zu erwarteten Reinigungseffekt angepasst.
Für die Bepflanzung von Pflanzenfiltern werden sog. Repositionspflanzen eingesetzt. Diese können zum einen die Verunreinigungen besonders wirksam reduzieren, als auch Böden zu stabilisieren. Eine der modernen Strategien der Bewirtschaftung von Fließgewässern ist die Renaturierung (d.h. Wiederherstellung des naturnahen Zustands). Eine weitere ist die Revitalisierung (d.h. Verbesserung nach dem machbaren Umfang). Pflanzenfilter können bei solchen Maßnahmen direkt auf dem Fließgewässer, auf Nebenflüssen oder an Vorflutern der Regenkanalisation der benachbarten Wohnsiedlungen oder Straßen aufgebaut werden. Sie können auf ihrer Oberfläche Wasser speichern (Retentionsfilter) oder als Dämme für Wasserreinigungerstellt werden.
