Retentionsbodenfilter

Ein Schlüssel zur nachhaltigen Regenwasserbewirtschaftung

Einleitung

Die wachsenden Anforderungen an das Regenwassermanagement in städtischen Gebieten stellen Ingenieure und Stadtplaner vor komplexe Herausforderungen. Die zunehmende Flächenversiegelung und die Intensität von Starkregenereignissen durch den Klimawandel erfordern innovative Lösungen, um die ökologischen und hydraulischen Belastungen der Entwässerungssysteme zu minimieren. Eine dieser Lösungen ist der Retentionsbodenfilter, eine effiziente Anlage zur Regenwasserbehandlung und -rückhaltung, die sowohl zur Entlastung der Kanalisation beiträgt als auch eine hohe Wasserqualität für die Ableitung in Vorfluter oder zur Versickerung sicherstellt. Die Zielgrößen der Behandlung sind ein effektiver Feststoffrückhalt, die Oxidation von organischen Kohlenstoffverbindungen (CSB, BSB) und Ammonium sowie der dauerhafte Rückhalt von partikelgebundenen Stoffen wie Schwermetallen, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und Mineralölkohlenwasserstoffen (MKW).

Funktionsweise von Retentionsbodenfiltern

Ein Retentionsbodenfilter ist eine technische Konstruktion zur kombinierten Reinigung und Rückhaltung von Regenwasser. Er besteht im Wesentlichen aus einem Vorbecken, einer Filterfläche mit durchströmbarem Substrat und einem nachgeschalteten Ablaufbereich. Das Regenwasser wird über eine Vorreinigungsstufe in den Filter eingeleitet, wo grobe Schmutzpartikel abgesetzt werden. Anschließend durchläuft das Wasser den eigentlichen Filterkörper, der aus einer durchlässigen Substratschicht besteht. Wichtige Bestandteile des Filtersubstrats sind Sand, Kies und organische Materialien, die nicht nur mechanische Filtrationseffekte erzeugen, sondern auch zur biologischen Reinigung beitragen.

Durch die Kombination aus physikalischer Sedimentation, Adsorption und biologischem Abbau wird eine erhebliche Reduktion von Schadstoffen im Regenwasser erreicht. Der Retentionsbodenfilter sorgt außerdem für die zeitverzögerte Ableitung von Wasser in die Kanalisation oder zur Versickerung, wodurch Starkregenereignisse abgepuffert werden können und Hochwasserereignisse in städtischen Gewässern reduziert werden. Retentionsbodenfilteranlagen bestehen aus einer Vorstufe und einem abgedichteten, gedrosselt betriebenen, vertikal durchströmten und mit Schilf bepflanzten Filterbecken.

Aufbau und Dimensionierung

Die Dimensionierung von Retentionsbodenfiltern ist eine komplexe Aufgabe, die sowohl die hydraulische Belastung als auch die Reinigungsleistung berücksichtigt. Typische Bestandteile eines Retentionsbodenfilters sind:

1. Zulauf- und Vorreinigungseinheit: Diese Einheit dient dazu, grobe Feststoffe wie Laub und Kiesel aus dem ankommenden Regenwasser zu entfernen, bevor dieses auf die Filterfläche gelangt. Dies erhöht die Lebensdauer der Filterschicht und reduziert die Wartungsintervalle.
2. Filterfläche: Die Filterfläche besteht aus einer durchlässigen, sandigen Substratschicht, die sowohl mechanische als auch biologische Reinigung ermöglicht. Die Filterfläche muss groß genug dimensioniert sein, um die Spitzenabflüsse aufnehmen und verzögert ableiten zu können. Der Bemessungsgrenzwert für die Filterflächenbelastung (AFS63) beträgt 7 kg/(m²·a), um einen aufwandsarmen Betrieb sicherzustellen.
3. Abflussregelung: Am Ablauf des Retentionsbodenfilters ist eine Regelung installiert, die den Abfluss reduziert, sodass das Regenwasser gedrosselt abgegeben wird. Dadurch kann die maximale Belastung der Entwässerungssysteme vermieden werden.

Die Dimensionierung erfolgt nach den jeweiligen hydrologischen Bedingungen und ist von der Größe der angeschlossenen Einzugsfläche, der zu erwartenden Regenintensität sowie der Schadstoffbelastung des Regenwassers abhängig. Technische Regelwerke wie die DWA-A 138 und DWA-A 178 geben konkrete Hinweise zur Bemessung und Ausführung von Retentionsbodenfiltern.

Vorteile von Retentionsbodenfiltern

Der Einsatz von Retentionsbodenfiltern bietet zahlreiche ökologische und stadtplanerische Vorteile:

• Verbesserung der Wasserqualität: Durch physikalische, chemische und biologische Prozesse werden Schmutzstoffe aus dem Regenwasser entfernt. Dies trägt maßgeblich zum Schutz von Gewässern und zur Einhaltung der Wasserrahmenrichtlinie bei.
• Entlastung der Kanalisation: Indem das Regenwasser rückgehalten und verzögert abgegeben wird, wird die Kanalisation insbesondere bei Starkregenereignissen entlastet. Das verringert die Gefahr von Überflutungen und schützt die Infrastruktur.
• Kombination aus Reinigung und Retention: Im Vergleich zu reinen Rückhaltebecken bieten Retentionsbodenfilter eine erweiterte Funktionalität, da neben der Rückhaltung auch eine Reinigung des Regenwassers erfolgt.
• Ökologische Aufwertung: Retentionsbodenfilter können in das städtische Grünflächensystem integriert werden und tragen zur Aufwertung des städtischen Ökosystems bei. Die Anlage bietet Lebensräume für Pflanzen und Tiere und steigert damit die Biodiversität.

Anwendungsgebiete

Retentionsbodenfilter eignen sich insbesondere für den Einsatz in urbanen Räumen, wo die Flächenversiegelung besonders hoch ist und eine dezentrale Regenwasserbewirtschaftung gefragt ist. Typische Anwendungsgebiete sind:

• Wohn- und Gewerbegebiete: Hier kann der Retentionsbodenfilter dazu beitragen, die Belastung der städtischen Entwässerungssysteme zu verringern und die Wasserqualität zu verbessern.
• Straßenentwässerung: Stark belastetes Regenwasser von Straßenflächen enthält Schwermetalle, Kohlenwasserstoffe und andere Schadstoffe. Durch den Einsatz von Retentionsbodenfiltern können diese effektiv entfernt werden.
• Industriegebiete: In Industriegebieten ist die Schadstoffbelastung des Regenwassers oft erhöht. Hier bieten Retentionsbodenfilter eine Möglichkeit, die Abflüsse zu reinigen und Schadstoffspitzen zu minimieren.

Herausforderungen und Grenzen

Obwohl Retentionsbodenfilter zahlreiche Vorteile bieten, gibt es auch Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen:

• Wartung und Betrieb: Retentionsbodenfilter benötigen regelmäßige Wartung, insbesondere die Vorreinigungseinheiten müssen von abgelagerten Feststoffen befreit werden. Der Wartungsaufwand hängt stark von der Belastung durch Feststoffe und der Dimensionierung der Anlage ab.
• Flächenbedarf: Die Installation von Retentionsbodenfiltern benötigt verhältnismäßig große Flächen, was in dicht bebauten städtischen Gebieten eine Herausforderung darstellen kann. Die Integration in bestehende Grünanlagen oder Parks kann eine Lösung sein.
• Hydraulische Kapazität: Bei sehr intensiven Regenereignissen kann die hydraulische Kapazität von Retentionsbodenfiltern an ihre Grenzen stoßen. Hier müssen Überlaufsysteme oder zusätzliche Retentionsmaßnahmen vorgesehen werden.
• Fremdwasser und Kolmation: Fremdwasserzuflüsse und hohe organische Belastungen können zu einer Kolmation des Filters führen, bei der die Filterporen verstopfen. Dies beeinträchtigt die Reinigungsleistung und erfordert Anpassungen im Betrieb oder eine Überarbeitung des Entwässerungskonzepts.

Fazit

Retentionsbodenfilter sind eine nachhaltige und vielseitige Lösung für die Herausforderungen der urbanen Regenwasserbewirtschaftung. Sie kombinieren die Funktionen der Wasserreinigung und -rückhaltung in einer Anlage und bieten dabei ökologische Vorteile, die weit über die eigentliche Entwässerung hinausgehen. Trotz des erforderlichen Wartungsaufwands und des Flächenbedarfs stellen Retentionsbodenfilter eine wichtige Maßnahme dar, um den negativen Folgen der zunehmenden Flächenversiegelung und des Klimawandels zu begegnen. Ingenieure und Stadtplaner sollten daher vermehrt auf diese Lösung setzen, um die Resilienz städtischer Entwässerungssysteme zu stärken und einen Beitrag zum Schutz der Umwelt zu leisten.

Die Umsetzung solcher Systeme bedarf einer sorgfältigen Planung und Anpassung an die lokalen Gegebenheiten, um eine maximale Wirksamkeit zu erzielen. Dennoch sind Retentionsbodenfilter ein wichtiger Baustein zur Umsetzung nachhaltiger und zukunftsorientierter Entwässerungskonzepte in unseren Städten.