In deutschen Haushalten wird durchschnittlich 128 l Wasser pro Tag und Person verbraucht, insgesamt 4,1 Mrd. m³ Trinkwasser, die fast komplett als Abwasser anfallen und meist über lange Rohrwege zentralen Kläranlagen zugeführt werden. Wir klären unser Abwasser lokal selbst und nutzen es teilweise zur Gartenbewässerung und Klospülung (Brauchwasser-Rückführung).
Bei einer Pflanzenkläranlage erfolgt die Abwasserreinigung innerhalb eines bepflanzten Bodenkörpers (Wurzelraum) der mit Schilfrohr (Phragmites australis), unterstützt durch Sumpf- bzw. Repositionspflanzen wie Rohrkolben, Wasserlinsen, Binsen oder Seggen, bepflanzt ist. Repositionspflanzen dienen als Lebensraum für Mikroorganismen, die zum Abbau der Abwasserinhaltsstoffe beitragen sowie weiterhin zum Eintrag von Luftsauerstoff, welcher ebenfalls die Reinigungsleistung der Pflanzenkläranlage unterstützt. Pflanzenkläranlagen sind wissenschaftlich anerkannt, solange sie die Grenzparameter einhalten können, da sie den anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Eine Pflanzenkläranlage kann die meisten Wasserinhaltsstoffe auf natürliche Weise abbauen. Dies geschieht durch ein Zusammenwirken
Das Abwasser durchströmt die Pflanzenkläranlage entweder vertikal von oben nach unten und/oder horizontal vom Einlauf- zum Ablaufschacht. Im Bodenkörper verlegte Drainagerohre fangen das gereinigte Abwasser auf und leiten es in einen End- und Kontrollschacht. Von diesem End- und Kontrollschacht wird das gereinigte Wasser in Gewässer oder anderes eingeleitet. Der Bodenkörper kann horizontal oder vertikal durchströmt werden. Bei vertikaler, intermittierender Betriebsweise können die für dieses Verfahren besten Reinigungsleistungen (Kohlenstoffabbau und Nitrifikation) erzielt werden.
Der End- und Kontrollschacht hat außer der direkten Kontrolle der Wasserqualität, auch noch die Funktion den internen Wasserspiegel zu kontrollieren. Dazu wird das Ablaufrohr nach oben angehoben, anstatt unten abzulaufen (vgl. Abb.1). Das Wasser erreicht zusammen mit dem noch zu reinigen Wasser einen erhöhten Wasserstand, da es durch die Aufhöhung angestaut wird. Somit ist ein größerer Teil des Bodenkörpers dauernd eingestaut.
Beispiel Sommerferien: Die Abwassermenge nimmt durch Urlaub der Bewohner schnell ab. Schilfpflanzen würde trocknen und damit geschädigt. Bei Wiederinbetriebnahme würde ihr Anteil an der Sauerstoffnachlieferung in den Boden ausfallen. Um etwa der Pflanzenkläranlage nicht durch Trockenheit zu schaden, wird das Wasser dann in den Sommerferien teilweise angestaut oder durch den Zwischenschacht gepuffert.
Die Reinigungsleistung einer Pflanzenkläranlage erfolgt durch das Zusammenwirken verschiedener Prozesse. Jeder Prozess bewirkt mehrere Funktionen. Dabei handelt es sich um ein äußerst komplexes und naturnahes Reinigungsverfahren.
Die Wasserinhaltsstoffe werden zum Einen von den Pflanzen aufgenommen, um den Nährstoffbedarf der Pflanzen im Wachstum zu decken. Außerdem erhalten die Wurzeln des Schilfes die Durchlässigkeit des Bodens (Sauerstoffzufuhr), der beim Betreten oder durch Ablagerungen im Betrieb vermindert wird. Zum anderen erfolgt der größte Teil der Reinigung durch Mikroorganismen bzw. Bakterien, die im Bodenkörper leben. Beide Vorgänge reinigen das Wasser "biologisch", das heißt durch biochemische Reaktionen. Die Mikroorganismen leben und reinigen entweder:
Die Wasserqualität kann an Hand sogenannter Summenparameter
oder Einzelparameter wie Stickstoff- und Phosphorgehalt bestimmt
werden. Die Kohlenstoffbelastung des Abwassers wird beispielsweise
durch die Summenparameter
bestimmt.
In der Pflanzenkläranlage wird außerdem durch die mechanische Funktion des Bodenkörpers gereinigt. Dabei wirkt der Bodenkörper (auch Bodenfilter) wie ein Sieb und filtert das Wasser. Die im Bodenkörper durch den Kies und Sand zurückgehaltenen Inhaltsstoffe können anschließend durch Bakterien aber auch über die Wurzeln der Pflanzen aufgenommen und abgebaut werden.
Tonmineralien besitzen zudem die Eigenschaft Ionen auszutauschen und können somit in den Salzhaushalt des Wassers eingreifen (Prinzip des Ionenaustauschers, diese werden auch in Trinkwasseraufbereitungsanlagen zur Entsalzung eingesetzt). Die Austauschkapazität des Bodens ist jedoch beschränkt und erschöpft sich nach einiger Zeit.
Das Wasser kann auch durch Fällungsreaktionen gereinigt werden (chemisch). Bestimmte Stoffe verbinden sich mit zu einem bestimmten Stoff, und „fallen“ dann aus.
Viele Klärwerke verwenden gegebenenfalls Eisenchlorid, Eisensulfat oder Aluminiumchlorid, um bei einem Überangebot von Phosphat, diesen aus dem Wasser zu entfernen. Dies erfolgt, in dem das „Eisen“ oder „Aluminium“ das Phosphat zu einer im Wasser nicht löslichen Verbindung umwandelt, die dann im Nachklärbecken zu Boden „fällt“ (daher der Fachbegriff Fällung). In einer Pflanzenkläranlage erfolgen diese Fällungsreaktionen aufgrund des im Bodenkörper vorhandenen Eisensalzes oder anderer Mineralien.
Insgesamt kann das gereinigte Wasser aus dem End- und Kontrollschacht wieder zu höherwertigen Nutzungen unter Beachtung der hygienischen und technischen Vorschriften verwendet werden. Dies bedeutet eine Kreislaufschließung und Wiedernutzung und ist ganz besonders für die Wasserwirtschaft in Ländern in denen Wassermangel herrscht nützlich.
Weiterhin gibt es eine Weiterentwicklung dahin gehend, dass auf den Bodenkörper bewusst verzichtet wird. Die Pflanzen stehen auf ihren eigenen Wurzeln. Die Reinigung erfolgt hierbei im Wesentlichen durch die Pflanzen selbst und durch die Mikroorganismen in ihren Wurzeln. Vorteile sind u. a. ein geringeres Gesamtgewicht und eine bessere Durchströmung, dadurch eine Leistungssteigerung und eine Einsetzbarkeit auf Dächern.
Der Anschaffungspreis variiert, er ergibt sich durch die Planung, durch den Bau sowohl durch den Erwerb von bestimmten Elementen oder Materialien wie einer nötigen Sammelgrube, in unterschiedlicher Höhe. Wichtig ist in welchem Maße (angeschlossene EW) sie geplant wurde. Abgesehen davon entstehen noch geringere Unkosten, sie ergeben sich größtenteils durch die laufende Unterhaltung, durch die Entsorgung von Feststoffe (etwa einmal im Jahr), sowie der Kontrolle der Wasserparameter.
Pflanzenkläranlagen müssen sorgfältig von Architekturbüros oder Bauingenieuren nach DWA A 262 geplant werden. Die Planungskosten sind abhängig von der Ausbaugröße, aber notwendig für eine spätere funktionierende Anlage. Es ist schon vorgekommen, dass Personen ohne besondere Kenntnisse eine Pflanzenkläranlage ohne Planungshilfe gebaut haben. Das Ergebnis waren nicht einwandfreie Ablaufqualitäten und noch andere Fehlfunktionen beim Ablauf des Reinigungsprozesses. Eine Pflanzenkläranlage wird immer auf Einwohnerwerten oder auf den Einwohnergleichwert geplant (EW oder EWG). Man ist in der Lage, den Einwohnerwert in den Bereichen von mindestens 4 bis zu im Sonderfall bis zu > 1000 EW genau auf den einzelnen Nutzer und dem jeweiligem Umfeld zu berechnen.
Um ökologische Folgen zu vermeiden, müssen die Ablaufwerte regelmäßig kontrolliert werden. Diese Überwachung geschieht je nach den behördlichen Auflagen zumeist jährlich durch eine autorisierte Anstalt. Die Einleitung in ein Gewässer oder in das Grundwasser ist nach den jeweiligen Vorschriften genehmigungspflichtig (in Deutschland dem Wasserhaushaltsgesetz WHG und dem jeweiligen Recht des Bundeslandes oder in Österreich dem Wasserrechtsgesetz WRG). Auf den Anschluss einer Waschmaschine muss jedoch zumeist nicht verzichtet werden.
In den meisten Kommunen besteht ein Anschlusszwang an die öffentlichen Abwasserentsorgung. Dieser wurde eingeführt, um die Kosten dieser Anlagen solidarisch zu teilen. So ist man gezwungen an das kommunale Abwassernetz anzuschließen, auch bei Bestehen einer eigenen Anlage. Pflanzenkläranlagen können jedoch auch zur Entsorgung kleiner Ortschaften dienen und somit an Stelle anderer Klärverfahren eingesetzt werden.
Mögliche Einsatzhindernisse könnten jedoch der Platzbedarf (3,5 bis 5 m²/EW bei Vertikalanlagen) oder weitergehende Reinigungsanforderungen (hohe, gesicherter Nährstoffentfernung) sein. Andere negative Eigenschaften sind weiter nicht bekannt. Dazu kann festgehalten werden, dass die Reinigung geruchsneutral vorgeht (da sich in der Regel keine stehenden Wasseroberflächen und anaerobe Zonen bilden). Die mögliche technische Lebensdauer von Pflanzenkläranlagen ist schwer zu bestimmen, da die meisten Anlagen noch betriebsfähig sind (die ersten entstanden etwa 1980). Doch ist eine Neu- Bepflanzung, evt. eine Erneuerung des Becken/Bodens, neues Filtermaterial, etwa die Verwendung von Ionenaustauscher (z. B. Ton) und evt. eine Auflockerung des Bodens nützlich, um die gewünschte Ablaufqualität zu erhalten.
Die Pflanzenkläranlage ist eine Alternative zur Kleinkläranlage nach dem Belebtschlammverfahren oder eines Tropfkörpers. Für den Ablauf der Anlage ist ein Gewässer erforderlich, dass das gereinigte Abwasser aufnehmen kann (Vorfluter). Zumeist wird dies ein Oberflächengewässer sein, mitunter wird es dem Grundwasser zugeführt oder ggf. wiederverwendet. Die Einleitung in das Grundwasser ist jedoch in vielen Fällen aus Gründen der Sicherstellung der Reinhaltung des Grundwassers wasserwirtschaftlich nicht erwünscht (Hygiene, Restbelastung mit nicht abbaubaren Stoffen).
Bemerkenswert ist, dass Pflanzenkläranlagen aufgrund der laufenden Prozesse, bei fachgerechter Ausführung, im Winter nicht einfrieren und wegen des weitgehenden Fehlens von Aggregaten (bis auf eventuelle Pumpen zur Abwasserhebung) mechanisch robust sind. Ebenso sind sie, da die abbauenden Bakterien in der Bodenmatrix "verankert" sind, nicht vom Absetzverhalten des Belebtschlammes abhängig (siehe Betriebsprobleme/Blähschlammbildung beim Belebtschlammverfahren). Diese Robustheit des Prozesses ist ein positiver Aspekt beim Einsatz in Verhältnissen, in denen einen intensive, tägliche Wartung nicht zu gewährleisten ist.