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Allgemeines und spezielles über Klärteiche

Es wird zwischen unbelüfteten und belüfteten Abwasserteichen unterschieden. In unbelüfteten Teichen laufen die Reinigungsvorgänge wie in stehenden oder sehr langsam fließenden Gewässern ab. Sauerstoffeintrag und Durchmischung hängen wesentlich von den klimatischen und meteorologischen Gegebenheiten ab, so dass z.B. die Auslegungsdaten in Nordeuropa nicht ohne weiteres für warme Regionen übertragen werden können. Die im Abwasser enthaltenen absetzbaren Stoffe lagern sich in der Einlaufzone ab und faulen hier unter anäroben Bedingungen aus. Im allgemeinen ist der Zuwachs der Schlammmenge in Teichen mit langer Aufenthaltszeit gering.

Die belüfteten Teiche sind zumeist durch den Einbau einer künstlichen Sauerstoffbegasung aus überlasteten unbelüfteten Teichen entstanden. Die Belüftung sichert eine weitgehend von natürlichen Gegebenheiten unabhängige Durchmischung und Sauerstoffversorgung. Dadurch wird mehr Bakterienmasse als in ungelüfteten Teichen in Schwebe gehalten. Die im Rohabwasser enthaltenen absetzbaren Stoffe werden gleichmäßiger über den gesamten Teichboden verteilt. Dies hat zur Folge, dass die Schwebstoffkonzentrationen im Ablauf beträchtlich sein können und deshalb ein nachgeschalteter Schwebstoffabscheider notwendig ist.

Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften werden für Abwasserteiche i.d.R. folgende Vorteile angegeben:

• geringe Baukosten,
• geringe Betriebskosten,
• geringer Wartungsaufwand,
• im allgemeinen gutes hydraulisches Puffervermögen bei Zufluss von Mischwasser,
• gutes Puffervermögen bei stoßweise anfallender organischer Belastung (z.B. Fremdenverkehrsgebiete),
• naturnahe Gestaltung möglich.

Als mögliche Nachteile von Abwasserteichen gelten:

• Geruchsprobleme in warmer Jahreszeit, insbesondere bei unbelüfteten Teichen,
• "Rückverschmutzung" durch Algenwachstum im Sommer,
• Belastung des Vorfluters durch unzureichend gereinigtes Abwasser,
• relativ hoher Flächenbedarf,
• schwankende Reinigungsleistungen durch jahreszeitliche und witterungsbedingte Einflüsse.

Abwasserteiche lassen sich entsprechend dem ATV Arbeitsblatt A 201 "Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Abwasserteichen für kommunales Abwasser" in vier Gruppen einteilen:

1. Absetzteiche (überwiegend anaerob) werden hauptsächlich zur Abscheidung der absetzbaren Stoffe des Rohwassers eingesetzt.
2. Unbelüftete Abwasserteiche dienen zur Verminderung der nicht absetzbaren und gelösten organischen Stoffe eines meist in Absetzteichen vorgereinigten Abwassers. Diese werden im allgemeinen bis zu einer Belastung mit 1.000 EW verwendet.
3. Belüftete Abwasserteiche zur Verminderung der organischen Stoffe von rohem oder mechanisch geklärtem Abwasser, wobei die Belastung meist zwischen 500 und 3.000 EW liegt.
4. Schönungsteiche zur Behandlung biologisch gereinigten Abwassers für eine weitere Qualitätsverbesserung und zum Konzentrationsausgleich.

Wirkmechanismen

Bei der Reinigung in Abwasserteichen, die zur Behandlung von Rohabwässern dienen, spielen Sedimentations- und Flockungsvorgänge eine wesentliche Rolle.

Aerobe heterotrophe Microorganismen sind für die Metabolisierung der organischen Abwasserinhaltsstoffe verantwortlich. Das gebildete CO₂ dient der autotrophen Biozönose als Kohlenstoffquelle und ist in der Regel der limitierende Faktor für das Wachstum der autotrophen Organismen.

Je nach Belastung und Betriebsweise der Teiche können im freien Wasser und Sediment anaerobe hererotrophe  Bakterien zum Abbau der zugeführten organischen Substanzen beitragen, wobei in Schlammablagerungen eine Metangärung stattfinden kann. In einigen Fällen finden in Abwasserteichen auch Nitrifikations- und Denitrifikationsvorgänge statt.

Autotrophe Organismen treten in Abwasserteichen hauptsächlich als freischwimmende und festsitzende Algen auf. Aufgrund ihrer Stoffwechselleistung sind sie imstande, Nährstoffe aufzunehmen und zu verwerten. Die dabei erfolgende CO₂-Fixierung kann zu einer biogenen Entkalkung führen, die wiederum einen starken Anstieg des ph-Wertes zur Folge haben kann. In unbelüfteten Teichen übernehmen autotrophe Organismen in erheblichem Umfang die Sauerstoffversorgung, wobei ein typischer Tag-Nacht-Rhythmus zu beobachten ist.

Durch eine geringe Dichte pflanzlicher Organismen, z.B. im Winter, treten deutliche jahreszeitliche Unterschiede auf. Eine häufige Umstrukturierung der Biozönose ist ein typisches Merkmal von Abwasserteichen. Dazu gehört auch die Massenentwicklung einzelner Algenarten. Bei starker Algenentwicklung oder einer hohen Assimilationstätigkeit von Wasserpflanzen muss ebenfalls eine starke Erhöhung des ph-Wertes (< 10) berücksichtigt werden.

Unbelüftete Teiche

Unbelüftete Abwasserteiche (fakultativ anaerobe Teiche oder ausschließlich natürlich belüftete Teiche) werden weltweit zur biologischen Abwasserreinigung von Abwässern aus kleinen Kommunen verwendet. Diese Teiche können neben der biologischen Behandlung gleichzeitig auch zur Abscheidung von suspendierten Partikeln eingesetzt werden. In der Regel werden Absetzteiche zur Entschlammung jedoch vorgeschaltet.

Der für die biologischen Prozesse notwendige Sauerstoff wird auf natürlichem Weg eingetragen, vorwiegend über die Wasseroberfläche, zum Teil auch durch biogene Vorgänge (Algen und Wasserpflanzen). Allerdings ist in diesem Fall der Sauerstoffeintrag nicht beeinflussbar und hängt stark von den klimatischen Randbedingungen ab. Die obere Wasserschicht ist in der Regel aerob. In tieferen Bereichen und auch im Einlaufbereich können sich anaerobe Bereiche ausbilden (daher auch der Begriff "fakultativ anaerobe Teiche").

Unbelüftete Teiche werden im allgemeinen in zwei bis drei gleich große Einheiten unterteilt und hintereinander angeordnet. Der Abbau von organischen Verbindungen bezogen auf BSB5 liegt etwa zwischen 50 % und 70 %. Bedingt durch begrenzte Sauerstoffversorgung kann die Reinigungsleistung im Winter zurückgehen. Der Wartungsaufwand ist wie bei den Absetzteichen sehr gering. Eine wöchentliche Kontrolle gilt i.d.R. als hinreichend. Im Gegensatz zu den Absetzteichen sind Schlammräumungen nur in mehrjährigen Abständen erforderlich.

Belüftete Teiche

Belüftete Teiche werden in der Regel ohne mechanische Vorklärung gebaut. Es wird i.d.R. aber empfohlen, eine Sedimentationszone zur Abscheidung von Sand und Grobstoffen vorzusehen. Oft werden zwei belüftete Teiche hintereinander angeordnet. Danach folgt immer eine Nachklärzone oder ein getrennter Nachklärteich, allerdings ohne Schlammrückführung. Der Kohlenstoffabbau bezogen auf BSB5 liegt im Bereich von 85% - 90%. Im Winter ist in der Regel keine signifikante Verschlechterung der Reinigungsleistung zu beobachten. Ist Nitrifikation notwendig, so können belüftete Abwasserteiche mit Aufwuchsträgern ausgestattet werden.

Ein Vorteil der belüfteten Teiche ist die quasi integrierte Schlammbehandlung durch Langzeitbelüftung, wodurch der Schlamm weitgehend anaerob stabilisiert wird. Der Schlammanfall ist mit einer spezifischen Menge von etwa 0,1 l/E^. d gering. Die Schlammräumung erfolgt in der Regel in Abständen von vier bis zehn Jahren. Geruchsprobleme treten kaum auf. Die Formgebung der Teiche wird den entsprechenden Belüftungseinrichtungen angepasst. Wegen der durch die Belüftung künstliche induzierten Turbulenzen werden Böschungsbereiche befestigt.

Bemessung, Bau und Betrieb

An Teichanlagen werden dieselben Anforderungen gestellt, wie an kleine Kläranlagen, da sonst  die kostengünstigeren Teichanlagen bevorzugt würden.

Bei unbelüfteten Teichen werden die Intensität der Stoffumsetzungen sowie die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft vor allem durch nicht steuerbare Einflüsse bestimmt und unter liegen Tages- und jahreszeitlichen Schwankungen.

Im Sommerhalbjahr ist die oft massenweise Entwicklung planktischer Algen bedeutsam. Ein mehr oder weniger großer Anteil der Mikroalgen wird ausgeschwemmt und gelangt in den Vorfluter. Sinnvollerweise wird die zur Verfügung stehende Gesamtfläche in zwei oder drei gleich große, hintereinander geschaltete Teicheinheiten aufgeteilt. Vorteile sind die Vermeidung von Kurzschlussströmungen (vollständiger Wasseraustausch) und die Möglichkeit zur Entwicklung verschiedener Biozönosen.

Bei durchlässigen Böden muss eine Abdichtung nach unten erfolgen, um eine Verunreinigung des Grundwassers auszuschließen und um zu verhindern, dass Grundwasser in den Teich eindringt, oder umgekehrt. Der Fremdwasserzulauf stört die anaerob ablaufende Denitrifikation durch den Eintrag von Sauerstoff.

Die Nitrifikationsrate in Abwasserteichen hängt im wesentlichen von der Größe der zur Verfügung stehenden Ansatzfläche (Kontaktfläche Substrat/Abwasser) ab.

Werden optimale Bedingungen vorausgesetzt, kann man für Teichanlagen mit einer spezifischen Nitrifikationsrate von etwa 1g/(m²^. d) rechnen. Ab etwa 3 m²/EW setzt die mikrobiellen Ammoniumoxidation ein. Die Nitrifikationsleistung wird in jenem Fall im Jahresmittel bei ca. 0,5 g/(m²^.d) liegen. Zu Nitrat oxidierter Stickstoff ist in unbelüfteten Teichen über 3 m²/EW fast immer nachweisbar, jedoch nur in wenigen mg/l, da das gebildete Nitrat auch simultane Denitrifikation an der aeroben/anaeroben Grenzschicht des abgelagerten Schlammes zu gasförmigem Stickstoff denitrifiziert wird. Es treten kaum höhere Werte an Nitrat (außer in langen Frostperioden) im Winter auf.