Wie läuft Sedimentation ab?
Sedimentation ist ein natürlicher Prozess, der auch ohne den Eingriff des Menschen in der Natur vorkommt. Flüsse tragen beispielsweise Teile ihres Querschnitts durch Erosion ab und die so mitgerissenen Feststoffe setzen sich in ruhigeren Gewässern wieder ab. So entstehen bei wilden Gebirgsflüssen in ruhigeren Abschnitten Kies- und Schotterbänke. Doch auch an der Küste gibt es Sedimentation. Die Wucht der Wellen bei Stürmen erodiert die Küstenlinie. Der dabei aufgewirbelte Sand setzt sich in Sandbänken an anderer Stelle wieder ab Wind und Strömung lassen im Laufe der Zeit neue Inseln entstehen. Mit transportierter Sand und Schlick im Wasser lässt sich bei Lahnungen auch zur Landgewinnung nutzen. Die Wasserbauwerke verringern Strömungen. So können sich Feststoffe absetzen. Im Laufe der Jahre entstehen durch die Sedimentation Salzwiesen, die die Küste bei Sturmfluten schützen. Auch Ablagerungen von Organismen oder Organismenresten existieren, die sogenannten biogenen Sedimente. Laufe der Jahrmillionen haben sie sich zu Stein verfestigt, wurden durch tektonische Prozesse angehoben und bilden heute häufig Gebirgsformationen. Doch das Prinzip der Sedimentation macht sich selbstverständlich auch der Mensch zu Nutze: So kommt es etwa in der Klärung von Abwasser, bei der Herstellung von Baustoffen und Lacken sowie in der Lebensmittel- und in der Pharmaindustrie zum Einsatz.
Jeder Art von Strömungsgeschwindigkeit – ob nun in Flüssigkeiten oder Gasen – steht eine Sedimentationsgeschwindigkeit gegenüber, die maßgeblich von der Größe und Dichte der Schwebstoffe bestimmt wird. Schwerkraft, Flieh- oder Zentrifugalkräfte wirken schließlich auf diese Teilchen und ziehen sie zu Boden oder an den Rand eines Systems (Flusslauf, Klärbecken, Laborbehältnisse, etc.). Je größer die Dichte eines Stoffes ist, umso höher ist in der Regel seine Absink- bzw. Sedimentationsgeschwindigkeit – folglich lagern sich größere und schwerere Partikel zuunterst ab, während kleine und leichte Partikel weiter getragen werden und sich erst später absetzen. Auf diese Weise lässt sich das Prinzip in der Technik hervorragend einsetzen, um bestimmte Materialien zu trennen und sogar zu „sortieren“, nur bestimmte Stoffe aus einem Gas oder einer Flüssigkeit abzuscheiden und vieles mehr.
Technische Anwendungsbereiche der Sedimentation
Sedimentation findet in vielen technischen und industriellen Prozessen Verwendung, zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie. Hier werden etwa Pflanzenöle nach der Pressung von ihren Schwebstoffen befreit. Das ist nicht nur für die Optik gut, in der Regel erhöht sich so die Haltbarkeit. Auch bei der biologischen Präparation, beispielsweise zur Abscheidung von Eiweißmolekülen oder anderer biologischer Zellen, kommt Sedimentation zum Einsatz.
Sedimentation bildet weiterhin die Basis für verschiedene Analyseverfahren, etwa in der Bodenkunde oder in der pharmazeutischen Industrie. Bei der Bodenanalyse kann mit ihrer Hilfe die Korngrößenverteilung der Böden bestimmt und Altersanalysen durchgeführt werden. Solche Untersuchungen sind beispielsweise wichtig für die Vorbereitung von Baugründen, denn diese müssen für die zu errichtenden Strukturen tragfähig genug sein und gegebenenfalls verdichtet werden. Die Pharmazie hingegen nutzt die Sedimentation zur Qualitätssicherung bestimmter Medikamente. Ein nennenswertes Beispiel hierbei ist die Photosedimentation für medizinische Pulver, die etwa zur Behandlung von Asthma eingesetzt werden.
Sedimentation im Klärwerk sowie in der Kanalisation
In besonders großem Umfang wird die Sedimentation bei der Klärung von Abwasser genutzt. Siebe und Rechen können nicht alle Schwebstoffe aus dem Schmutzwasser austragen, daher folgt der mechanischen Reinigung in der Regel immer eine physikalische Klärstufe. Hierbei wird das Abwasser in ein nahezu strömungsfreies oder aber gezielt zirkulierendes Absetzbecken geleitet, in dem es für bestimmte Zeit verbleibt. Durch die Schwer- und Zentrifugalkraft erfolgt schließlich die Ablagerung unerwünschter Schwebstoffe wie Sand, Erde und andere Verunreinigungen am Beckengrund oder am Beckenrand. Die so aussortierten Verunreinigungen können anschließend mit mechanischen Räumern ausgetragen werden. Das auf diese Weise geklärte Abwasser fließt im Anschluss entweder weiter zur chemischen bzw. biologischen Klärung oder es wird direkt in die Vorfluter geleitet. Hier ist der Verschmutzungsgrad entscheiden. In einer Trennkanalisation geführtes Regenwasser benötigt nur wenig Aufbereitung, während Schwarzwasser sämtliche Reinigungsstufen durchlaufen muss.
Zu Sedimentationsprozessen kann es jedoch auch schon in den Abwasserrohren, also in der Kanalisation selbst, kommen. Hier ist sie jedoch nicht erwünscht, denn das Absetzen von Sand und anderen Verunreinigungen kann langfristig zur Korrosion an den Abwasserrohren oder sogar zur gänzlichen Verstopfung der Abwasserkanäle führen. Auch die Evorsion und damit die Auskolkung von Kanalrohren kann durch Sedimentation begünstigt werden. Um hier Sedimentationsprozessen vorzubeugen, ist eine genaue Planung der Kanalisation erforderlich. Das betrifft das angestrebte Gefälle genauso wie die erforderlichen Rohrdurchmesser und Rohrprofile, die sich aus dem prognostizierten Abwasseraufkommen (Maximalwerte bei Starkregen aber auch Trockenwetterphasen) ergeben.
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