Natürliches Sediment in Fließgewässern wird typischerweise nach der Korngröße charakterisiert. Für Korndurchmesser kleiner 63 µm bewirken elektrostatische Anziehungskräfte (van der Waals Kräfte) ein bindiges Verhalten des Sediments. Deshalb ist dieser Effekt für das Transportverhalten von Ton und Schluff besonders relevant. Beim Aussedimentieren kann es zur Bildung von Aggregaten kommen, die um ein Vielfaches größer als die primären Sedimentkörner sind (Flokkulierung), was wiederum zu einem erheblich schnelleren Absinken führt. Eine besonders wichtige Eigenschaft der Tonpartikel stellt die Kationenaustauschkapazität (KAK) dar. Eine hohe KAK bewirkt eine stark negative Ladung der Tonpartikel in wässriger Lösung, was der Flokkulierung entgegenwirkt. Komplementär dazu bewirkt das Lösen von Salzen ein Besetzen dieser Ionenaustauschplätze. Dadurch wird die negative Ladung in Teilen neutralisiert, sodass Flokkulierung einsetzen kann. Dieser Vorgang stellt einen kritischen Grenzwert für die Flokkulierung dar.
Vor diesem Hintergrund hat Frau Ellen Krahl die Aufgabe bearbeitet, einen experimentellen Versuchsstand aufzubauen, an dem das Einsetzen der Flokkulierung von Tonmineralien qualitativ und quantitativ untersucht werden kann. Der Fokus lag dabei auf dem Tonmineral Montmorillonit in verschiedenen Lösungen von Natriumchlorid, da er als Dreischichttonmineral (Smektit) eine hohe KAK aufweist. Frau Krahl hat im Zuge ihrer Arbeit diese komplexe Thematik sehr gut durchdrungen und auf dieser Grundlage extensive Versuchsreihen zum Absetzverhalten von Tonsuspensionen in Salzlösungen durchgeführt. Ihre Ergebnisse zeigen deutlich, dass die kritische Salzkonzentration zur Flokkulierung im Bereich der Salinität von Oberflächengewässern liegt, sodass in nahezu allen küstennahen Flussläufen die Flokkulierung kohäsiver Sedimente zu erwarten ist. Diese Information stellt eine wichtige Erkenntnis in der Bewirtschaftung von Ästuaren dar. Darüber hinaus kann dieses Wissen sehr gut auf alle verfahrenstechnischen Prozesse übertragen werden, bei denen kolloidale Stoffe durch Flokkulierung gebunden und ausgefällt werden sollen.
Die Meldung der Stiftung der Ingenieurkammer Niedersachsen:
Stiftung der Ingenieurkammer Niedersachsen
Kontakt:
Dr. Bernhard Vowinckel
Junior Research Group Leader
Emmy-Noether Programme of the German Research Foundation
TU Braunschweig
Leichtweiß-Institute for Hydraulic Engineering and Water Resources
Division of Hydraulic Engineering and River Morphology
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