DE202007008765U1

DE202007008765U1 - Filtermaterial aus Kalksteinsand für Retentionsfilterbecken

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Publication number: DE202007008765U1
Application number: DE202007008765U
Authority: DE
Original assignee: Adolf Steinbach Steinindustrie Schotterwerke & Co KG GmbH; STEINBACH ADOLF STEININD
Current assignee: Adolf Steinbach Steinindustrie Schotterwerke & Co KG GmbH; STEINBACH ADOLF STEININD
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2017-06-23

Abstract

Filtermaterial, das einen Anteil von 40 Gew.-% oder mehr Kalksteinsand, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermaterial aus Kalksteinsand, insbesondere Kalksteinbrechsand, mit einem hohen CaCO₃-Gehalt für Retentionsbodenfilteranlagen, das eine hohe hydraulische Leistungsfähigkeit und ein großes stoffliches Leistungsvermögen besitzt, ohne dabei sekundäre Folgen, wie Versinterung des Dränsystems oder Hemmung des Schilfwachstums zu bewirken. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Retentionsbodenfilteranlage, die das erfindungsgemäße Filtermaterial umfasst.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gemäß des Merkblatts 178 der Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V (DWA-M 178) werden mit Schilf bepflanzte Retentionsbodenfilteranlagen in Deutschland seit ca. 1990 gebaut und für die weitergehende Behandlung von Regenwasserabflüssen in Misch- und Trennsystemen eingesetzt. Filtermaterialien für Retentionsfilteranlagen unterliegen hohen Anforderungen an die Fähigkeit, Feststoffe, sauerstoffzehrende Stoffe und auch oxidierbare Stickstoffverbindungen (anorganische Stickstoffverbindungen und Ammoniak) und Schwermetalle zu entfernen. Diese Eigenschaft wird auch als stoffliches Leistungsvermögen bezeichnet. Um das stoffliche Leistungsvermögen über einen möglichst langen Zeitraum zu erhalten, muss ein geeignetes Filtermaterial in der Lage sein, die Carbonatversorgung langfristig sicherzustellen. Ein hoher Carbonatgehalt bewirkt eine Nitrifikation der Stickstoffverbindungen und die Fixierung von Schwermetallen. Im Laufe des Betriebs wird Carbonat verbraucht und mit dem Filterablauf ausgetragen. Der Carbonatvorrat nimmt also stetig ab, mit der Folge, dass die Nitrifikation und Schwermetallfixierung zurückgehen. Bereits gebundene Metalle können wieder in Lösung gehen und ausgetragen werden. Ein ausreichender Carbonatgehalt ist daher zur Sicherstellung einer langjährigen Funktion erforderlich. Jedoch könnte ein zu hoher Carbonatgehalt zur Versinterung (mineralische Ablagerung) des Dränsystems führen. Weiterhin sollten die Filtermaterialien eine hohe Härte aufweisen. Diese Eigenschaft ist eine Voraussetzung für eine geringe Frostverwitterung. Wäre die Frostverwitterung hoch, könnte im Laufe der Betriebszeit des Filters eine Kornverfeinerung des Filtermaterials auftreten, die zu unakzeptabler hydraulischer Minderleistung des Filters führen kann. Darüber hinaus darf das Filtermaterial auch das Schilfwachstum nicht hemmen.
Bisher werden überwiegend Natursande, wie fluviatiler Sand, der aus Flussläufen gewonnen wird, als Filtermaterial für Retentionsfilteranlagen verwendet, die keinen oder nur einen sehr geringen Carbonatgehalt besitzen. Daher sollte laut DWA-Regelwerk dem fluviatilen Flusssand-Filtermaterial vorzugsweise Carbonatbrechsand zugemischt werden. Übliche Retentionsbodenfilteranlagen bedienen sich deshalb eines Filtermaterials, das nur 10 bis 20 Gew.-% CaCO₃ enthält. Als Folge des geringen CaCO₃-Gehalts neigen diese herkömmlichen Filteranlagen mit Natursand zur Versauerung, mit der Folge, dass das stoffliche Leistungsvermögen sehr stark abnimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde ein Filtermaterial für Retentionsbodenfilteranlagen bereitzustellen, das ein sehr hohes stoffliches Leistungsvermögen und trotzdem gute hydraulische Eigenschaften besitzt, das Schilfwachstum nicht hemmt und keine nennenswerte Versinterung des Dränsystems bewirkt.
Des Weiteren ist es eine erfindungsgemäße Aufgabe, eine Retentionsbodenfilteranlage, die das erfindungsgemäße Filtermaterial umfasst, zur Verfügung zu stellen.
Die oben zuerst erwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Filtermaterial gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Filtermaterials sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Retentionsbodenfilteranlage. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in Anspruch 11 beschrieben.
Die erfindungsgemäßen Filtermaterialien besitzen ein sehr hohes stoffliches Leistungsvermögen, das deutlich höher ist als das der üblichen Flusssande, ohne dabei zu hydraulischer Minderleistung zu führen. Die erfindungsgemäßen Filtermaterialien weisen im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien aus Flusssand neben dem sonstigen stofflichen Leistungsvermögen auch eine nennenswerte Bindung von Phosphaten auf. Die erfindungsgemäßen Filtermaterialien hemmen das Schilfwachstum nicht und der hohe Carbonatgehalt führt nicht zu einer Versinterung des Dränsystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1. Definitionen
1.1 Kalksteinsand
Kalksteinsand im Sinne der Erfindung ist ein festes Material, das durch die folgende Korngrößen- und Zusammensetzungseigenschaften gekennzeichnet ist.
Kalksteinsand im Sinne der Erfindung zeichnet sich durch eine Korngrößenverteilung aus, die einer der Kategorien Feinkies, Sand, Schluff und Ton gemäß DIN 4022 entspricht, oder die durch Mischung von Materialien mit Korngrößen entsprechend zweier oder mehrerer der genannten Kategorien erhalten werden kann.
Kalksteinsand im Sinne der Erfindung besteht zu mindestens 55 Gew.-% aus CaCO₃.
1.2 Kalksteinbrechsand
Als Kalksteinbrechsand im Sinne der Erfindung wird Kalksteinsand aus Kalkstein gemäß Definition 1.1 verstanden, der nach DIN-EN 12620 eine Korngröße von 0 bis 4 mm (Korngruppe D (obere Siebgröße) nicht größer als 4 mm) aufweist, der in dieser Norm als Sand oder feine Gesteinskörnung bezeichnet wird.
1.3 Korngröße
Bezeichnung für die Teilchengröße in partikulären Substanzen wie Pulvern, Stäuben, Granulaten, körnigen Gemengen und Schuttgütern. Die Korngrößeneinteilung von Sedimenten und Sedimentgesteinen im Sinne der Erfindung wird nach DIN 4022 vorgenommen und ist in Tabelle 1 angegeben: Tab. 1: Korngrößeneinteilung der Sedimente und Sedimentgesteine nach DIN 4022
1.4 Filtermaterial
Als Filtermaterial im Sinne der Erfindung versteht man ein Material, das befähigt ist, aus Wasser einen oder mehrere von Feststoffen, sauerstoffzehrenden Stoffen (chemische Verbindungen, die unter Sauerstoffverbrauch oxidiert werden können), Ammoniumsalze, Ammoniumverbindungen, organischen Aminen, Phosphaten und Schwermetallen zu entfernen.
1.5 Retentionsbodenfilteranlage
Eine Retentionsbodenfilteranlage (RBF) ist ein offenes Rückhaltebecken mit einer als Bodenfilter ausgebildeten Sohle, in der sich das Filtermaterial befindet.
1.6 Hydraulische Leitfähigkeit k_f
Die hydraulische Leitfähigkeit k_f wird auch die Wasserleitfähigkeit oder Durchlässigkeit eines Materials genannt. Die hydraulische Leitfähigkeit ist direkt proportional zu der Wassermenge, die je Zeiteinheit durch einen Fließquerschnitt aus einem Material strömt [m/s]. Der k_f-Wert ist somit ein Maß für Wasserdurchlässigkeit eines Materials. Man unterscheidet in einen k_fA und k_fB Wert. Der k_fA Wert ist in DIN 18130-1 definiert und bezieht sich auf den Ausgangswert des frisch bespannten Filtermaterials; der k_fB Wert wird hingegen nach mehrjährigem Betrieb der Anlage bestimmt. Im allgemeinen soll der k_fA Wert mindestens 10^–4 m/s betragen.
1.7 Infiltrationsrate IR
Wasservolumen, das je Zeiteinheit in den Boden versickert.
1.8. Nitrifikation
Unter Nitrifikation versteht man die bakterielle Oxidation von Ammoniak (NH₃) bzw. Ammonium-Ionen (NH₄ ⁺) zu Nitrat (NO₃ ^–).
2. Das erfindungsgemäße Filtermaterial aus Kalksteinsand
2.1 Filtermaterial
Das erfindungsgemäße Filtermaterial besteht überwiegend aus Kalksteinsand. Der Gewichtsanteil des Kalksteinsands ist bevorzugt 40 Gew.-% oder mehr, stärker bevorzugt 60 Gew.-% oder mehr. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Filtermaterial einen entsprechenden Anteil eines anderen Materials enthalten. Das andere Material ist nicht festgelegt. Am stärksten bevorzugt ist die Verwendung von reinem Kalksteinsand.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Filtermaterial einen Anteil an CaCO₃ von 65 Gew.-% bis max. 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials.
2.2 Kalksteinsand
Der erfindungsgemäße Kalksteinsand liegt bevorzugt in einer Korngrößenverteilung entsprechend Sand, Schluff oder Ton oder Mischungen daraus vor. Stärker bevorzugt liegt es in der Form von Kalksteinbrechsand mit einer Korngröße zwischen 0 und 4 mm vor, besonders bevorzugt mit einer Korngröße zwischen 0 und 2 mm. Körner mit einer Korngröße dieser bevorzugten Ausführungsform von 2-5 mm können in einem Anteil von bis zu 15 Gew.-% vorliegen.
Im Hinblick auf die hydraulischen Eigenschaften des Filtermaterials ist es bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Kalksteinsand einen Feinkornanteil mit einer Korngröße kleiner als 0.06 mm (Ton und Schluff (T + U)) zwischen 2 und 18 Gew.-%, stärker bevorzugt zwischen 3 und 12 Gew.-%, am stärksten bevorzugt zwischen 4 und 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kalksteinsands, aufweist.
Die obigen Angaben zu bevorzugten Korngrößen gelten ebenso für die im vorstehenden Abschnitt angesprochenen anderen Materialien, die neben dem Kalksteinsand vorliegen können.
Der erfindungsgemäße Kalksteinsand hat einen CaCO₃-Gehalt (typischerweise in Form von Calcit oder Aragonit) von 55 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kalksteinsands, stärker bevorzugt 65 bis 95 Gew.-%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der CaCO₃-Gehalt des Brechsandes zwischen 70 und 90 Gew.-%.
3. Die erfindungsgemäße Retentionsbodenfilteranlage
Die erfindungsgemäße Retentionsbodenfilteranlage kann jegliche bekannte Retentionsbodenfilteranlage sein. Derartige Retentionsbodenfilteranlagen bestehen üblicherweise aus einer Vorstufe und einem Filterbecken. Vorstufe und Filterbecken bilden üblicherweise eine verfahrenstechnische Einheit.
4. Herstellung von Kalksteinsand und dessen Eigenschaften
4.1 Herstellung von Kalksteinsand
Der erfindungsgemäß zu verwendende Kalksteinsand kann aus herkömmlichem Betonsplitt oder Straßensplitt erhalten werden. Das Ausgangsmaterial kann mittels einer Hochgeschwindigkeitsprallmühle zerkleinert werden und anschließend nach der Korngröße aufgetrennt werden. Es kann sich noch ein Schritt der Abtrennung von Feinpartikeln anschließen. Der resultierende Sand sollte dann Edelbrechsandqualität aufweisen, bei dem die einzelnen Körner bevorzugt in kubischer Form vorliegen, während möglichst keine plattigen Körner vorliegen sollten.
4.2 Auftrennung nach Korngröße
Die Abtrennung zu großer Partikel erfolgt üblicherweise mit Sieben. Feinpartikel können durch Entstaubungsverfahren und Windsichterverfahren entzogen und ggf. geregelt zudosiert werden.
In einem bevorzugten Herstellungsverfahren werden die gewünschten Fraktionen nach geeigneter Sieblinie getrennt, und anschließen nach Bedarf zusammendosiert um einen Brechsand vorgegebener Korngröße zu erhalten
4.3 Bestimmung der Korngröße
Die Korngrößenbestimmung wird im Labor durch Siebanalyse durchgeführt. In einer Siebmaschine ist ein Satz von Sieben verschiedener Maschenweite übereinander angeordnet. Bei der Siebanalyse wird die Korngröße durch die Maschenweite desjenigen Siebes bestimmt, welches das Korn (Siebdurchlauf, Unterkorn) gerade noch passieren lässt. Daraus ergibt sich eine Einteilung in bestimmte Kornklassen, während die in den einzelnen Kornklassen anfallenden Siebrückstände (Oberkorn) und der Bodentellerinhalt die Korngrößenverteilung bezeichnen (zahlenmäßige Angabe des Anteils der verschiedenen im Untersuchungsgut vorhandenen Korngrößen in Prozent). Die Siebe werden nach lichter Maschenweite (Quadratmaschen) in mm charakterisiert.
4.4 Verfahren zur Bestimmung des CaCO₃-Gehalts
Der Gehalt an CaCO₃ wird nach dem Scheibler-Verfahren bestimmt (DIN 18129).
5. Beispiel
5.1 Analytische Verfahren
5.1.1 Verfahren zur Bestimmung der Frostverwitterung
Zur Bestimmung der Frostverwitterung wird der normierte Frost-Tau-Wechsel untersucht. Dabei wird eine Sandprobe, deren Anteil mit einer Korngröße zwischen 0.71 und 2.00 mm 100 Gew.-% beträgt, einem 10-maligen Frosttauwechsel unterzogen. Anschließend wird der Gewichtsanteil der Absplitterung der Sandprobe bestimmt, deren Korngröße kleiner als 0.5 mm ist. Ist dieser Gewichtsanteil hoch, so ist die Frostverwitterung groß, und umgekehrt.
5.1.2 Verfahren zur Messung der hydraulischen Leitfähigkeit k_f, der Infiltrationsrate IR, der Säurekapazität des Wassers, des Carbonat-, NH₄ ⁺-, NO₃ ^–, Phosphor- und Schwermetall-Gehalts des Wassers
Diese Größen wurden nach herkömmlichen Verfahren bestimmt.
5.2 Herstellung von Proben für die Säulenversuche
5.2.1 Probe S1
Gemäß dem unter Punkt 4.1 beschriebenen Verfahren wurde ein Kalksteinbrechsand mit einer Korngröße im Bereich von 0 bis 2 mm aus Trias-Muschelkalk hergestellt, der einen CaCO₃-Gehalt von 78-85 Gew.-% hat, und der einen Feinkornanteil mit einer Korngröße kleiner als 0.06 mm (T + U) von 8.5 Gew.-% hat. Die Korngrößenverteilung kann aus Tabelle 2 entnommen werden.
5.2.2 Probe S2
Gemäß dem unter Punkt 4.1 beschriebenen Verfahren wurde ein Kalksteinbrechsand mit einer Korngröße im Bereich von 0 bis 2 mm aus Trias-Muschelkalk hergestellt, der einen CaCO₃-Gehalt von 78-85 Gew.-% hat, und der einen Feinkornanteil mit einer Korngröße kleiner als 0.06 mm (T + U) von 11.3 Gew.-% hat. Die Korngrößenverteilung kann aus Tabelle 2 entnommen werden.
5.2.3 Vergleichsprobe S3
Als Vergleichsprobe wurde ein fluviatiler Sand der Kiesgesellschaft Karsee mit der Bezeichnung SB239 mit 78-85 Gew.%-CaCO₃ verwendet. Die Korngrößenverteilung dieses Sands ist auch in Tabelle 2 angegeben.
Tab. 2: Korngrößenverteilung der Proben S1 bis S3 und der fluviatilen Vergleichsprobe in Gew.-%
5.3 Säulenversuche
Es wurden mit den Proben S1, S2 und S3 Säulenversuche durchgeführt, um deren hydraulische Eigenschaften und stoffliches Leistungsvermögen festzustellen. Insgesamt wurden 34 Beschickungen der Säulen vorgenommen. In Tabelle 3 sind einige Kenngrößen der Versuchssäulen aufgelistet.
Tab. 3: Physikalische Kenngrößen der Versuchssäulen
Die Wassertemperatur schwankte von 10-23°C, wobei der Mittelwert bei 19.4°C lag. Als Beschickungswasser wurde feststofffreies Mischwasser aus Dachwasser und Leitungswasser verwendet. Die Zulaufkonzentrationen mit 150 mg CSB_gelöst/l (chemischer Sauerstoffbedarf: CSB), 10 mg NH4-N/l (NH₄-N steht für Stickstoff, der in Form von NH₄ vorliegt), 5 mg PO₄-P/l (PO₄-P steht für Phosphor, der in Form von PO₄ vorliegt), 2000 μg Zn_gelöst, 800 μg Cu_gelöst/l und 400 μg Pb_gelöst/l sind sehr hoch gewählt worden, um das Leistungsvermögen erkennen zu können.
Während einer 3-monatigen Hauptuntersuchungszeit wurde eine Stapelhöhe (Wasservolumen (m³) bezogen auf die Filterfläche (m²)) von 21.6 m aufgebracht. Dies entspräche einer Jahresstapelhöhe von 86.4 m. Während der Versuchszeit wurden folgende Betriebs- bzw. Belastungsfaktoren variiert (s.h. Tabellen 4 und 5):

• Dränablauf gedrosselt (3 × 10^–5 m/s) bzw. frei
• Elektrische Leitfähigkeit im Zulauf (EL[μS/cm])
• Beschickungshöhe 600 mm bzw. 1200 mm

5.3.1 Hydraulische Eigenschaften
5.3.1.1 Hydraulische Leitfähigkeit k_f
Tabelle 4 zeigt die hydraulische Leitfähigkeit der Proben S1 und S2 und der Vergleichsprobe S3. Die k_f-Werte der Proben S1 und S2 liegen unterhalb des Wertes der Probe S3. Die k_f-Werte der Proben S1 und S2 liegen jedoch nach wie vor im akzeptablen Bereich für Filtersande für Retentionsbodenfilteranlagen.
5.3.1.2 Infiltrationsrate IR
Tabelle 5 zeigt die Infiltrationsraten der Proben S1 und S2 und der Vergleichsprobe S3, die sich aus den Säulenversuchen ergeben. Die Infiltrationsrate, d.h. der ungesättigte Fluss zu Beschickungsbeginn, ist bei den Proben S1 und S2 deutlich geringer als bei der Probe S3. Dies ist ein Vorteil im Großanlagenbetrieb, da hierdurch die Filterbespannung (Bildung einer geschlossenen Wasseroberfläche auf dem Filter) schneller erfolgt und dadurch eine gleichmäßigere Belastung der Filterfläche erfolgt. Dieser Effekt ist auf den höheren Feinkornanteil der Kalksteinsande zurückzuführen.
5.3.2 Stoffliches Leistungsvermögen
5.3.2.1 Stoffdepotbildung: Bindung von Phosphat und Schwermetallen
Tabelle 6 zeigt, dass die nicht mineralisierbaren Nähr- und Schadstoffe im Filtermaterial akkumulieren. Für Phosphor und die Schwermetalle Cd, Cu und Pb sind gegen Versuchsende Messwerte (Beschickung 33 und 34) angeführt. Diese Werte zeigen, dass beim Kalksteinsand S2 eine nennenswerte P-Bindung stattfindet, nicht jedoch beim Sand der Vergleichsprobe S3. Die Bindung von Cd ist bei beiden Proben ähnlich hoch, wohingegen die Bindung von Cu und Pb wesentlich höher ist. Tab. 6: Vergleich der Phosphat und Schwermetallgehalte gegen Ende des Säulenversuches

¹⁾ Dränablaufdrosselung, Beschickung 33
²⁾ Freier Dränablauf, Beschickung 34

5.3.2.2 Ammoniumelimination
Tabelle 7 zeigt die Ammoniumelimination in Abhängigkeit von unterschiedlichen Stressfaktoren wie unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit des Zulauf-Wassers EL_zu, unterschiedliche Beschickungshöhe q_zu, gedrosselter bzw freier Dränablauf q_ab. Die Ammmoniumelimination der Probe S2 ist unter allen Stressbedingungen sehr hoch. Die Vergleichsprobe zeigt ebenso hohe Werte der Ammoniumelimination, ist jedoch für die Variante q_zu = 1200 geringer.
Tab.7: Ammoniumelimination in Abhängigkeit von unterschiedliche Stressfaktoren
5.3.2.3 Mikrobielle Besiedlung
Die mikrobielle Besiedlung der Kornoberflächen der Filtermaterialien mit aeroben Mikroorganismen ist zum einen wichtig, da die Mikroorganismen wesentlich zur Reinigungsleistung (Nitrifikation und mikrobieller Abbau von organische Stoffen (CSB)) des Filtermaterials beiträgt. Andererseits kann eine zu hohe mikrobielle Besiedlung zum Porenverschluss des Filtermaterials führen, was mit einer Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit einhergeht. Deshalb ist es wichtig, dass ein Filtermaterial selbst CSB- und NH₄ ⁺-Reinigungsleistung aufweist, die nicht auf die mikrobielle Besiedlung zurückzuführen ist. Eine solche Reinigungsleistung wird originäre, abiotische C_org- und NH₄ ⁺-Sorptionskapazität genannt.
Wie aus Tabelle 8 ersichtlich zeigt die Probe S2 bei den Säulenversuchen gegenüber der Vergleichsprobe S3 eine langsame mikrobielle Einarbeitung. Nach der mikrobiellen Einarbeitung sind aber beide Proben auf gleich hohem Niveau. D.h. die Bereitstellung von Siedlungsoberflächen für Mikroorganismen ist bei Probe S2 gewährleistet.
Tab.8: Mikrobielle Einarbeitung der Säulenproben
Die Probe S2 und die Vergleichsprobe S3 unterscheiden sich im N-Verbleib während der mikrobiellen Einarbeitung. Wie aus Tabelle 9 entnommen werden kann, nimmt die Vergleichsprobe S3 während der mikrobiellen NH₄ ⁺-Einarbeitung im Vergleich zur Probe S2 das 2.5-fache an Mineralstickstoff auf. Hieraus kann gefolgert werden, dass die Biofilmbildung bei Vergleichsprobe S3 höher ist. Da beide Substrate nach der mikrobiellen NH₄-Einarbeitung ein gleich hohes Leistungsniveau aufweisen, muss beim Brechsand der originäre, abiotische Sorptionsanteil höher sein. Tab.9: Mineralstickstoffbilanz bis zur vollständigen mikrobiellen NH₄-Einarbeitung bis Beschickung 12
Ein weiterer Biomasseaufbau, wie während der mikrobiellen Einarbeitungsphase der Säulen, wird nicht beobachtet. Dies müsste sich in einer kontinuierlichen Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit bedingt durch mikrobiellen Porenverschluss bemerkbar machen. Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, nimmt die hydraulische Leitfähigkeit jedoch während des Säulenversuches mit der Probe S2 nicht ab.
5.3.2.4 Untersuchungen zum gelösten Carbonatgehalt
Da die Filtermaterialien einen sehr hohen Carbonatgehalt haben, stellt sich die Frage, ob durch den hohen Carbonatgehalt ein hoher gelöster Carbonataustrag über die Dränage provoziert wird, der zur Carbonatversinterung des Dränsytems führen könnte. Die Ergebnisse in Tabelle 10 zeigen, dass der Carbonatgehalt bei den Proben im Ablauf (meq/l) zwar höher ist als im Zulauf (K_S4.3: Säurekapazität des Wassers bzw. Säurebindungsvermögen des Wassers bis zu pH 4.3; entspricht weitgehend dem gelösten Kalk bzw. Carbonat HCO₃ ^–), dass es aber nicht zu sehr hohen Gehalten im Dränablauf kommt. Tab. 10: Gelöstes Carbonat unter verschiedenen Versuchsbedingungen
Die Carbonatgehalte im Ablauf der Proben S1 und S2 liegen zwar über denen im Zulauf (K_{S4.3 zu}), sind aber mit ca. 2 bis 4 meq/l deutlich unter den Gehalten von Trockenwetterabflüssen im Kläranlagenzulauf von carbonathaltigen Einzugsgebieten (~6 meq/l). Die Versinterung des Dränsystems ist bei diesen Werten nicht zu befürchten.
Im Vergleich zu Filtersystemen mit einem geringen Carbonatgehalt ist bei den Proben S1 und S2 auch kein Abfallen des K_S4.3-Wertes unter die kritische Grenze von 0.5 meq/l zu erwarten. Unterhalb dieser Grenze ist mit Nitrifikationshemmung und Schwermetallmobilisierung zu rechnen.
5.3.3 Frostverwitterung
Gemäß dem unter Punkt 4.1 beschriebenen Verfahren wurde ein Kalksteinbrechsand aus Trias-Muschelkalk hergestellt, der einen CaCO₃-Gehalt von 78-85 Gew.-% hat, und dessen Korngröße zwischen 0.71 und 2.0 mm liegt. Die Frostverwitterung wurde gemäß dem unter 5.1.1 beschriebenen Verfahren durchgeführt. Nach 10-maligen Frost-Tau-Wechsel betrug der Anteil der Absplitterung (Korngröße kleiner 0.5 mm) zwischen 0.05 bis 0.10 Gew.-%. Dieser geringe Absplitterungsanteil zeigt, dass die Frostverwitterung des erfindungsgemäßen Kalksteinsands sehr gering ist. Diese geringe Kornverfeinerung führt nicht zu einer unakzeptablen hydraulischen Minderleistung des Filters. Dieses Ergebnis ist auch gestützt durch die Tatsache, dass die k_f-Werte und IR-Werte bei den Säulenversuchen mit den Proben S1 und S2, auch bei längerer Betriebszeit keine wesentliche Veränderung erfahren (s. Tabellen 4 und 5).
Weitere Versuche ergaben, dass derselbe Kalksteinbrechsand auch den verschärften Anforderungen an die Frost-Tausalzbeständigkeit in Dosenfrost in 1% NaCl-Lösung gem. DIN-EN 1367-1 Anh. B entspricht.
5.3.4 Pflanzenverträglichkeit
Zur Beurteilung der Pflanzenverträglichkeit wurden Ballenpflanzungen (10 cm × 10 cm × 10 cm, 2-jährig) mit 50 cm hohem Schilfaustrieb (Anzucht RSB Adlershof) verwendet. Es wurden 8 Ballen mit jeweils durchschnittlich 5 Halmaustrieben in eine Wanne (80 × 40 × 40 cm) aus Kalksteinbrechsand der Probe S1 eingepflanzt. Das Filtermaterial wurde über die ganze Vegetationsperiode mit Wasser überstaut. Es erfolgte eine Startdüngung. Das Experiment zeigt, dass mit einer Hemmung des Schilfwachstums durch den erfindungsgemäßen Kalksteinbrechsand unter den getesteten Wasser- und Nährstoffbedingungen nicht zu rechnen ist.

Claims

Filtermaterial, das einen Anteil von 40 Gew.-% oder mehr Kalksteinsand, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, umfasst.
Filtermaterial nach Anspruch 1, worin das Filtermaterial mindestens einen Anteil von 60 Gew.-% oder mehr Kalksteinsand, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, umfasst.
Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin der Kalksteinsand in der Form von Kalksteinbrechsand vorliegt.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Kalksteinsand einen CaCO₃-Gehalt von 55 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kalksteinsands, aufweist.
Filtermaterial nach Anspruch 4, worin der Kalksteinsand einen CaCO₃-Gehalt von 65 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kalksteinsands, aufweist.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Anteil an CaCO₃ zwischen 65 und 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, aufweist.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Anteil des Kalksteinsands mit einer Korngröße zwischen 0 und 4 mm 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, aufweist.
Filtermaterial nach Anspruch 7, worin der Anteil des Kalksteinsands mit einer Korngröße zwischen 0 und 2 mm 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, aufweist.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin der Feinkornanteil des Kalksteinsands mit einer Korngröße kleiner als 0.06 mm zwischen 3 und 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, beträgt.
Filtermaterial nach Anspruch 9, worin der Feinkornanteil des Kalksteinsands mit einer Korngröße kleiner als 0.06 mm zwischen 4 und 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Filtermaterials, beträgt.
Retentionsbodenfilteranlage, die ein Filtermaterial gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.