Straßenschmutz bei Regen besser zurückhalten
Doktorandin Maike Wietbüscher optimiert die Wirkung von Regenbecken in der Kanalisation zum Schutz der Gewässer
Maike Wietbüscher gibt Partikel in eine Strömung und beobachtet deren Transportverhalten. (Foto: FH Münster/Katharina Kipp)
Eine spezielle Anlage, genannt Siebturm, sortiert Partikel nach deren Größe. Bei einer Nasssiebung strömen die Partikel von oben nach unten durch die immer feiner werdenden Siebe. (Foto: FH Münster/Katharina Kipp)
Selbst das gröbste Sieb hält Partikel zurück, die so fein sind, dass man sie mit bloßem Auge kaum erkennen kann. (Foto: FH Münster/Katharina Kipp)
Die gesiebten Partikel gibt Maike Wietbüscher in einem weiteren Versuch in eine Wassersäule. Aus hochaufgelösten Fotos berechnet sie dann die Sinkgeschwindigkeiten der Partikel in der Strömung. (Foto: FH Münster/Katharina Kipp)
Münster (9. August 2019). Wenn es regnet, fließt das Wasser in die Gewässer ab. Mit dabei sind feinste, mit Schadstoffen beladene Schmutzpartikel, darunter schwermetallhaltiger Straßenstaub, Reifen- und Bremsenabrieb, aber auch Tierfäkalien und andere organische Substanzen. Bevor der Regen in die Gewässer eingeleitet werden darf, sollen Regenbecken diese Partikel und Schadstoffe zurückhalten. Das funktioniert mit Hilfe des Sedimentationsprozesses, bei dem sich Partikel auf dem Boden des Beckens ablagern. Um das zu erreichen, muss das Regenbecken gleichmäßig durchströmt werden – so war zumindest früher die Annahme. Jetzt stellen Experten jedoch die Leistung der Becken in Frage. Wie es bessergehen könnte, untersucht Maike Wietbüscher in ihrer Promotion am Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster. Ihre Idee: den Strömungsverlauf so zu optimieren, dass die Regenbecken mehr Partikel zurückhalten und somit weniger Schmutz und Schadstoffe in den Gewässern landen.
Dazu muss die 28-Jährige erst einmal herausfinden, wie sich die Partikel überhaupt im Wasser verhalten – also ob sie schnell oder langsam sinken und wie sie auf Strömung reagieren. Das untersucht sie in unterschiedlichen Versuchsaufbauten mit etlichen Versuchsläufen im Labor. „Ich führe die Versuche mit verschiedensten Partikeln durch. Dazu ist zunächst eine Visualisierung der Strömung mit verschiedenen Tracern und Lichteffekten erforderlich. Aus hochaufgelösten Aufnahmen berechne ich dann die Sink- und Transportgeschwindigkeiten der Partikel in der Strömung." Wichtig ist, das Verständnis für die Strömung und die darin ablaufenden Prozesse zu bekommen. „Es gibt in urbanen Räumen, durch die vielfältigen menschlichen Einflüsse, sehr unterschiedliche Partikel. Die Eigenschaften insbesondere der umweltschädlichen Partikel müssen berücksichtigt werden. Während Sand zum Beispiel als mineralischer Stoff deutlich schwerer als Wasser und daher leicht zu sedimentieren ist, sind Mikroplastik oder Reifenabrieb nicht viel schwerer als Wasser. Deshalb ist es eine große Herausforderung, auch diese Partikel zurückzuhalten“, erklärt Wietbüscher. Und alle sind extrem klein, nämlich deutlich unter 63 Mikrometer. Zum Vergleich: Das menschliche Haar hat einen Durchmesser von etwa 70 Mikrometer.
Wenn sie ihre Analyse des Strömungsverhaltens abgeschlossen hat, widmet sie sich der Bauweise dieser unterirdischen Trennbecken. Als Basis dafür absolvierte sie bereits ein Masterstudium im Bauingenieurwesen mit dem Schwerpunkt Umwelt und Infrastruktur an der FH Münster. „In meiner Abschlussarbeit habe ich untersucht, wie sinnvoll Rezirkulationszonen, also walzenartige Strömungen in einem solchen Becken sind.“ Das Ergebnis: Die Walzen, waagerecht ins Becken integriert, ziehen die Partikel in Richtung der Beckensohle und begünstigen deren Sedimentation. Mit diesem Ansatz macht die Doktorandin jetzt weiter. „Das Wasser fließt dann nicht mehr von einer Seite ins Becken, sondern wird zentral in das Becken eingeleitet. Dadurch verändert sich die Strömung, sodass sich die Partikel sehr viel besser absetzen.“
Das zumindest ist die Theorie. Ob es wirklich funktioniert, wird sich zeigen. „Gerade das finde ich besonders spannend. Und habe dabei auch noch ein gutes Gefühl: Durch meine Forschung leiste ich einen kleinen Beitrag zum besseren Schutz unserer Gewässer.“ Zu promovieren, das hatte sie ursprünglich gar nicht geplant. „Ich habe eine Ausbildung zur Bauzeichnerin gemacht und dann Bauingenieurwesen studiert. Das Thema Hydraulik hat mich sehr fasziniert, und so habe ich in der Arbeitsgruppe von Prof. Mohn angefangen. Und dann stand plötzlich die Idee zur Promotion im Raum.“ Unterstützung bekommt sie durch eine Qualifizierungsstelle, durch die das Präsidium der Hochschule exzellente wissenschaftliche Nachwuchskräfte fördert. Wer daran teilnimmt, arbeitet schwerpunktmäßig an der kooperativen Promotion, nimmt an Veranstaltungen des Promotionskollegs teil und bringt sich aktiv in Forschung und Lehre ein.