Bepflanzte Luftfiltersysteme

Bepflanzte Luftfiltersysteme

© Dr. Heinz-Dieter Molitor
17.07.2006
Anforderungen an Wasserqualität und Düngung
(hdm, mf) Bei bepflanzten Luftfiltersystemen wird die Raumluft mittels eines Ventilators durch den Wurzelbereich geleitet und dabei Staubpartikel, Keime und wasserlösliche organische Stoffe in der feuchten Zone gebunden. Diese werden von den Pflanzenwurzeln aufgenommen oder durch Mikroorganismen mineralisiert. Die austretende Luft wird dabei mit Wasser angereichert. In diesem Zusammenhang blieb bisher die Frage unbeantwortet, inwieweit der erhöhte Wasserumsatz zu einer Aufsalzung des Systems führen kann. Dies ist zu erwarten bei nennenswertem Salzgehalt des Gießwassers und bei zu hohem Nährstoffangebot. Besonders interessant ist dabei die Frage, ob unter diesen Bedingungen der Einsatz eines Ionenaustauscherdüngers sinnvoll ist. Zur Beantwortung dieser Fragen wurde am Fachgebiet Zierpflanzenbau der FA Geisenheim in Zusammenarbeit mit der Firma Botanis das System ”Bilur” geprüft. Bei diesem System wird als Substrat ein Gemisch aus gebrochenem Blähton (”Lecadan”) und Aktivkohle im Verhältnis 3:1 eingesetzt. Die Raumluft wird über ein Lüftungssystem von unten nach oben durch das Substrat geführt (siehe Schemazeichnung). Um das Austrocknen des Substrates zu verhindern wird von oben mittels Tropfbewässerung Nährlösung aus dem Wasserspeicher über die Substratoberfläche zugeführt. Die Einzelheiten zum System sind der Schnittskizze (Abb. 1) zu entnehmen.

Die Bepflanzung der Gefäße erfolgte mit Ficus pumila, Codiaeum variegatum, Ficus benjamina und Epipremnum aureum. Zur Pflanzung in den Bilursystemen wurden die Kulturtöpfe entfernt. Die Gefäße wurden in einem Raum bei etwa 1000 Lux und 20°C sowie etwa 60 % relativer Luftfeuchte aufgestellt. Die Düngung erfolgte auf der Basis von 5 mmol/l (=70 mg/l) N gemäß Versuchsplan. Bei der optimierten Düngung wurde bei Überschreiten des Sollwertes um 25 % die Zugabe von Nährstoffen eingestellt.

Ergebnisse:
Im Vergleich zur normalen ”Hydrokultur” wurde in den ”Bilur”-Gefäßen etwa 12 mal mehr Wasser verbraucht und an die Raumluft abgegeben (Abb. 2). Wurde bei den Bilursystemen dies bei der Düngung nicht berücksichtigt und bei jedem Auffüllen der Gefäße Nährlösung in der üblichen Konzentration verabreicht, stieg die Leitfähigkeit der Umlauflösung beständig an. Sie erreichte schließlich im Verlauf von 395 Tagen 7000 µS (Abb. 3).
Verursacht wurde dieser Anstieg vorrangig durch ein zu hohes Nährstoffangebot. So stieg beispielsweise die Mineral-N-Konzentration auf 45 mmol/l (=630 mg/l) N an. Die Pflanzen reagierten mit starkem Blattfall (Ficus-Arten) und Blattspitzennekrosen (Codiaeum). In einer weiteren Variante wurde deshalb versucht, durch Anpassen der Düngung den Anstieg der Nährstoffgehalte und damit der Leitfähigkeit zu verhindern. Dazu wurde nach 60 Tagen die Nährstoffzugabe vollständig

eingestellt und während der gesamten Restlaufzeit des Versuches über ein Jahr nicht wieder aufgenommen. Durch diese Maßnahme konnte der Anstieg der Leitfähigkeit bei 4000 µS stabilisiert werden (Abb. 4).
Dieser niedrige Nährstoffbedarf erklärt sich auch dadurch, dass der gesamte Substratbereich ständig durchspült wurde und somit die sonst übliche Salz- und Nährstoffabscheidung im oberen Bereich unterblieb.

Ein Anstieg der Leitfähigkeit ließ sich im vorliegenden Beispiel auch bei drastisch vermindertem Nährstoffangebot nicht völlig verhindern. Verantwortlich dafür war der Salzgehalt des Gießwassers, der zu einer ständigen Anreicherung von Ionen führte. Um diesen Fall zu simulieren, wurde dem Leitungswasser zusätzlich eine vergleichsweise niedrige Salzmenge von 36 mg NaCl pro Liter zugemischt. Zusammen mit dem bereits im Leitungswasser enthaltenen NaCl ergab sich ein Wert von 48 mg/l, was etwa 2 mmol/l NaCl entspricht. Diese vergleichsweise geringe Erhöhung der Salzkonzentration führte im Verlauf von 395 Tagen zu einer deutlichen Erhöhung der Leitfähigkeit der Nährlösung (Abb.5).
Zu Versuchsende wurden Werte über 7000 µS erreicht. Dabei stiegen in der Nährlösung die Natriumkonzentration auf 37 mmol (= 850 mg) /l und die Chloridkonzentration auf 35 mmol
(= 1243 mg) /l an.

Auch mit nur 0,5 mmol/l NaCl im Gießwasser war nach einem Jahr mit etwa 4500 µS eine sehr hohe Leitfähigkeit erreicht. Dies macht deutlich, dass Luftreinigungssysteme nur mit salzarmem Wasser betrieben werden dürfen, oder die Nährlösung muss in bestimmten Zeitabständen ausgetauscht werden. Im Vergleich zum Flüssigdüngereinsatz kann bei Verwendung eines Ionenaustauscherdüngers nicht ohne weiteres korrigierend in das Nährstoffangebot eingegriffen werden. Bei jedem Nachfüllen mit salzhaltigem Wasser werden Nährstoffe freigesetzt, so dass der Ionenaustauscher rasch erschöpft wird. Die Nährstoffe befinden sich dann gelöst in der umlaufenden Nährlösung. Im vorliegenden Versuch stieg die Leitfähigkeit der Nährlösung bis Versuchsende ständig an und erreichte nach 395 Tagen Werte von etwa 3500 µS (Abb. 6). Eine Nachdüngung war erst nach 266 Tagen, also nach 8,5 Monaten erforderlich. Der Einsatz von Ionenaustauscherdünger ist unter diesen Bedingungen nicht sinnvoll.

In einer weiteren Variante wurden sowohl die Wasserqualität, als auch das Nährstoffangebot optimiert. Dies ist nur durch salzarmes Wasser und Düngung mit der Kombination Basisdünger (”Ferty Basisdünger 1”) + Kalksalpeter bzw. Ammoniumnitrat möglich, weil nur so die notwendige Ca-Versorgung sichergestellt werden kann. Nachdem auch bei dieser Variante die Düngung nach 60 Tagen eingestellt worden war, nahm die Leitfähigkeit bis Ende des Versuches von etwa 4000 auf 2500 µS ab (Abb. 7). Zu Versuchsende, nach einem Jahr, waren immer noch 5 mmol/l N in der Nährlösung vorhanden.

Empfehlung :

! Das Nachfüllen des Wasservorrates muss überwiegend mit salzfreiem Wasser erfolgen. Insbesondere darf das Gießwasser kein Natrium oder Chlorid enthalten, weil beide Ionen sehr gut wasserlöslich sind, von vielen Pflanzenarten nicht aufgenommen werden und dadurch die Leitfähigkeit der Nährlösung stark erhöhen.

! Das Nährstoffangebot muss an den etwa 12 mal höheren Wasserumsatz angepasst werden. Demzufolge ist beispielsweise nur beim jeweils 12. Nachfüllen Nährlösung in üblicher Konzentration zu verabreichen. Alternativ ist die Konzentration bei jeder Wassergabe auf 1/12 zu vermindern.

! Nur durch Kombination von salzarmem Gießwasser in Verbindung mit einem Basisdünger (”Ferty-Basisdüngung 1”) + N lässt sich eine optimale Ernährung ohne Aufsalzung der Nährlösung erreichen. Der Einsatz von Flüssigdünger und Ionenaustauscherdünger ist ohne Wechsel der Nährlösung langfristig nicht möglich.

Diese Empfehlung gilt für alle Systeme, bei denen das Befeuchten des Luftstromes aus dem Nährlösungsvorrat der Pflanzen erfolgt.

Dr. Heinz-Dieter Molitor
Manfred Fischer
Forschungsanstalt Geisenheim

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