Das Projekt "Themenbereich: Wasserbezogene Vulnerabilitäten und Risiken im südlichen Afrika (Wassernutzung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) GmbH durchgeführt. The current processes of global change are an enormous challenge for societies worldwide. The SASSCAL is a joint initiative of Angola, Botswana, Namibia, South Africa, Zambia, and Germany, responding to the challenges of global change. Aim and Scope: SASSCAL will improve the capacities to provide sound science-based solutions for current problems and future risks in the region, in particular regarding climate change and the associated demands concerning land management practices of local players. To this end, the centre will contribute to strengthening existing and developing new capacities for application-oriented scientific research and science-policy consultations on climate change, adapted land-use and sustainable development in the region. SASSCAL will support national, regional and local institutions and service providers to develop relevant advisory and implementation skills. It will have a regional scope and the work of the Centre will be defined in partnership with the respective scientific communities, the users of science products, policy-makers, and decision-makers. Research: SASSCAL intends to cover a variety of research issues in state-of-the-art climate change and land management research, responding to the regional definition of needs and demands. The task of the ISOE project team is to analyse to what extent water-related vulnerabilities and risks for the population and ecosystems are developing within the context of global change and how these might conceivably be reduced. Research approach: Many natural and social processes mutually influence water resources in the southern part of Africa. Climate change and changes in land use, as well as population and economic growth act as localised forms of global change on the current and future state of the resource and as such influence peoples living conditions. The project team is developing a vulnerability and risk analysis for the catchment area of the Cuvelai-Basin in northern Namibia and southern Angola. First the 'status quo and expected trends in patterns of water demand are being studied, differentiated according to spatial and social characteristics and with the help of social-empirical surveys, consultations with experts and mapping. Using this as a starting point, researchers calculate water demand and availability in order to discover the water supplys vulnerabilities and risks for the population and ecosystems. The aim is to identify areas of relevance for decision-makers which are particularly threatened by supply gaps and their consequences (hot spot areas). Next the researchers will be developing supportive measures for an adapted and integrated management of water resources. usw.
Das Projekt "Abbaubarkeit von arktischem, terigenem Kohlenstoff im Meer (Große Fuchskuhle)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Es soll durch die Zusammenfassung der an verschiedenen WGL- und universitären Instituten vorhandenen Expertise ein Team aufgebaut werden, das sich längerfristig dem übergreifenden Thema der Leistungen mikrobieller Gemeinschaften widmet, die unter Szenarien des globalen Wandels in Verbindung mit anthropogenen Eingriffen (Landnutzung und Eutrophierung) zu einer globalen Veränderung mariner Stoffkreisläufe beitragen. Als relevante Fallstudie soll dazu der Abbau des - durch arktische Flüsse ins Meer - abgeführten gelösten organischen Kohlenstoffs aus den abtauenden arktischen Böden untersucht werden. Der Bestand an potentiell abbaubarem Material in diesen arktischen Böden ist mit 20 - 30Prozent des globalen in den oberen Bodenschichten gebundenen organischen Kohlenstoffs in einer Größenordnung, bei der selbst kleine Verschiebungen im Abbaugeschehen eine spürbare Veränderung der atmosphärischen Gleichgewichte zur Folge haben. Mit einer Mischung aus molekularbiologischen, bioinformatischen, organisch-chemischen und ozeanographischen Ansätzen sollen daher die eingetragenen Substanzen und die abbauenden Organismen identifiziert werden und ihre Abbauleistungen unter realen Umweltbedingungen bei in situ- und höheren Temperaturen im Salzgradienten der Ostsee abgeschätzt werden. Eine Untersuchung dieser Fragestellung in dem Gradientensystem der Ostsee bietet sich an, da hier zwischen dem Eintrag der Substanzen in der nördlichen Ostsee und dem Abfluss in die Nordsee ein in mehrere Becken gegliedertes Randmeersystem mit jeweils unterschiedlichen aber konstanten physikochemischen Randbedingungen liegt. Zur Aufklärung dieser Problematik bedarf es einer ganz neuen personellen und instrumentellen Verbindung von Arbeitsgruppen mehrerer WGL- und universitären Instituten, da hier komplexe Naturstoffe auf eine komplexe mikrobielle Gemeinschaft treffen, die beide einzeln und in ihrer Wechselwirkung noch unzureichend untersucht sind.Für dieses Netzwerk wird es von großer Wichtigkeit sein, die bioinformatischen Kapazitäten der DSMZ, IMaB, IGB und IOW mit den chemischen Kapazitäten des IOW, IGB, Uni Rostock und MfN zu verknüpfen. Daher wird der Wissenschaftler, welcher das Projekt wissenschaftlich koordinieren soll, auch insbesondere die konkrete Vernetzung und Auswertung biochemo-informatischer Informationen betreiben und eine Plattform schaffen, die zukünftige analoge Projekte der beteiligten Institute initiieren und tragen kann.
Das Projekt "Molecular Approaches and MetaGenomic Investigations for optimizing Clean-up of PAH contaminated sites (MAGICPAH)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH durchgeführt. Objective: MAGICPAH aims to explore, understand and exploit the catalytic activities of microbial communities involved in the degradation of persistent PAHs. It will integrate (meta-) genomic studies with in-situ activity assessment based on stable isotope probing particularly in complex matrices of different terrestrial and marine environments. PAH degradation under various conditions of bioavailability will be assessed as to improve rational exploitation of the catalytic properties of bacteria for the treatment and prevention of PAH pollution. We will generate a knowledge base not only on the microbial catabolome for biodegradation of PAHs in various impacted environmental settings based on genome gazing, retrieval and characterization of specific enzymes but also on systems related bioavailability of contaminant mixtures. MAGICPAH takes into account the tremendous undiscovered meta-genomic resources by the direct retrieval from genome/meta-genome libraries and consequent characterization of enzymes through activity screens. These screens will include a high-end functional small-molecule fluorescence screening platform and will allow us to directly access novel metabolic reactions followed by their rational exploitation for bio-catalysis and the re-construction of biodegradation networks. Results from (meta-) genomic approaches will be correlated with microbial in situ activity assessments, specifically dedicated to identifying key players and key reactions involved in anaerobic PAH metabolism. Key processes for PAH metabolism particularly in marine and composting environments and the kinetics of aerobic degradation of PAH under different conditions of bioavailability will be assessed in model systems, the rational manipulation of which will allow us to deduce correlations between system performance and genomic blueprint. The results will be used to improve treatments of PAH-contaminated sites.
Das Projekt "Entwicklung und Einsatz katalytisch aktiver, poröser keramischer Membranen zur reduktiven Dehalogenierung aliphatischer und aromatischer, chlorierter Kohlenwasserstoffe in Wasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Projektziel: Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) werden auch heute noch in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt. Sie dienen z.B. als Metallentfettungs- und Reinigungsmittel, als Extraktionsmittel und als Insektizide, Pestizide oder Herbizide. Auf Grund Ihrer schlechten biologischen Abbaubarkeit haben CKW eine hohe Aufenthaltsdauer in Luft, Boden und Wasser, aber auch im Gewebe, d.h. sie weisen eine hohe Persistenz auf. Diese Verbindungen sind ausgesprochen giftig und können beim Menschen zu Hirn- und Leberschäden führen. Die heutigen Verfahren zur Dekontamination belasteter Böden oder Abwässer sind jedoch in der Regel recht aufwendig. Im Rahmen dieses Projektes soll daher untersucht werden, ob die katalytisch aktiven, porösen keramischen Palladium-Membranen, deren hohes Potential bereits im Fall der Nitratreduktion aufgezeigt werden konnte, für die reduktive Dehalogenierung in Wasser vorteilhaft eingesetzt werden können. In einem weiteren Schritt soll die Frage beantwortet werden, ob der Einsatz dieser Membranen die Gestaltung eines besonders einfachen Verfahrens erlaubt, welches kostengünstig, umwelt- und ressourcenschonend ist und bei niedrigen Temperaturen arbeitet. Arbeitsplan: Die in unserer Arbeitsgruppe erarbeitete Methode zur Herstellung der katalytisch aktiven Membranen mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapor deposition) soll im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit weiter verbessert werden. Zudem sollen als Träger keramische Membranen, mit Aktivkohle beschichtete Membranen und Kohlenstoffmembranen eingesetzt werden. Parallel zu den mit Palladium beschichteten Membranen, dem für die Dehalogenierung katalytisch aktivsten Metall, sollen auch Membranen mit bimetallischen Schichten (z.B. Pd-Sn) hergestellt, charakterisiert und im Hinblick auf das katalytische Verhalten für die reduktive Dehalogenierung der CKW untersucht werden. Die Untersuchungen sollen anfangs an Einzelrohrmembranen in deionisiertem Wasser in einem Laborreaktor durchgeführt werden, d.h. unter idealisierten Bedingungen. Die hierbei im Hinblick auf die katalytische Aktivität vielversprechendste Konfiguration (Membranträger/Beschichtung) soll für den Aufbau eines Membranmoduls benutzt werden, mit welchen Untersuchungen über längere Zeiträume (Wochen) im Durchflussbetrieb geplant sind. Dem bei diesen Experimenten verwendeten Grundwasser bzw. Leitungswasser sollen bestimmte Störkomponenten, wie z.B. Sulfid oder Sulfit, zugesetzt werden, wodurch insbesondere Erkenntnisse im Hinblick auf die Deaktivierung der Katalysatorpartikel im praktischen Einsatz gewonnen werden sollen. Begleitend zu allen praktischen Untersuchungen ist die Modellierung von Stofftransport und Reaktion in der katalytischen Membran zwecks der Unterstützung einer weiteren Verfahrensentwicklung geplant.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Kohlenwasserstoffentfernung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Solar-Institut Jülich durchgeführt. Ziel des Projekts ist es am Beispiel des Herstellungsprozesses für Porenbetonsteine die Entwicklung einer Technologie zur Reinigung von verunreinigtem Kondensat/Druckwasser bei hohen Prozesstemperaturen innerhalb eines geschlossenen Kreislaufes zu realisieren. Dabei wird ein Temperaturniveau oberhalb des Standes der Technik realisiert, da bis jetzt keine thermophile Mikroorganismen für eine solche Anwendung eingesetzt worden sind. Im Anwendungsfall wird dadurch eine drastische Energieeinsparung und Reduktion an verunreinigtem Abwasser erreicht. Im Labormaßstab grundlegende Untersuchungen zur Auswahl und zum Einsatz extremophiler Mikroorganismen (MO) durchgeführt. Ziel ist hier das Auffinden geeigneter MOs, die dann in einer noch zu planenden Technikumsanlage auf ihre Abbauleistung hin untersucht werden. Parallel zur mathematischen Modellierung der Vorgänge erfolgt dann die Errichtung und der Betrieb einer Pilotanlage beim Partner Xella Baustoffe GmbH. Nach erfolgreichem Projektabschluss wird die Technologie durch die KMU-Partner vermarktet. Das Projekt ermöglicht der FH-Aachen ihr Know-how im Bereich der Filtration (auch bei Anwendung mikroporöser Strukturen) für den Einsatz in der Verfahrentechnik auszubauen. Ein weiteres wichtiges Ziel des Projektes ist es den Einsatz spezieller thermophiler Mikroorganismen in der Abwasserreinigung bei erhöhten Temperaturen zu untersuchen und diese gewonnene Erfahrung im weiteren ähnlichen Problemstellungen anzuwenden. So planen das SIJ in der FH-Aachen mit den KMU's Stobbe Tech A/S, INWATEC GmbH & Co. KG und i+f process GmbH ähnliche Fragestellungen in angrenzenden Themenfeldern zu bearbeiten. Aufgrund der immer wichtiger werdenden Maßnahmen zur Energieeinsparung und CO2-Reduzierung ist bei erfolgreichem Projektablauf davon auszugehen, dass in weiten Bereichen der industriell anfallenden Abwasserströme durch eine gezielte biologische Behandlung bei hohen Temperaturen ein enormes Forschungs- und Entwicklungspotential vorhanden ist
Das Projekt "Ursachen der Funde von Tierarzneimitteln im Grundwasser - Weiterentwicklung und Anwendung eines Kriterienkatalogs für die Untersuchung eintragsgefährdeter Standorte in Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HYDOR Consult GmbH durchgeführt. Eingesetzte Veterinär-Antibiotika und deren Um- und Abbauprodukte werden mit dem Wirtschaftsdünger auf landwirtschaftliche Nutzflächen in diffuser Form ausgebracht. Durch die Versickerung werden sie in den Boden, die ungesättigte Zone und das Grundwasser eingetragen. Im FuE-Vorhabens 'Antibiotika und Antiparasitika im Grundwasser unter Standorten mit hoher Viehbesatzdichte' (Laufzeit Dez. 2011 bis Dez. 2013) wurde daher bereits eine umfangreiche Studie zum bisher bekannten Auftreten der Stoffe im Grundwasser sowie eine gezielte Grundwasserprobenentnahme unter 'worst case'-Bedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse der Studie und der Beprobungen in vier Ländern zeigen, dass vor allem Sulfonamide für eine Verlagerung ins Grundwasser relevant sind. Diese wurden an verschiedenen Standorten mit hohen natürlichen Risikopotenzialen in wiederholt durchgeführten Beprobungen stationärer Grundwassermessstellen laboranalytisch nachgewiesen werden, z. T. auch in hohen Konzentrationen (bis zu 0,1 Mikro g/l und mehr). Unsicherheiten bezüglich der Ursachen bleiben jedoch bestehen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es bei Vorliegen einer bestimmten Parameterkombination zu Antibiotika-Einträgen aus der Tierhaltung kommen kann. Für eine gesicherte Einschätzung der Belastungssituation des Grundwassers müssen die Ursachen, Mechanismen und Begleiterscheinungen, die für zeitlich und mengenmäßig schwankende Einträge ins Grundwasser verantwortlich sind, bekannt sein. Ziel dieses Vorhabens ist es daher anhand gezielter standortspezifisch und tiefendifferenzierter Beprobungen (unabhängig von der vorab-Festlegung auf die Standorte ortskonkreter Grundwassermessstellen) die Funde von Tierarzneimitteln im oberflächennahen Grundwasser aufzuklären. Zusätzlich soll die Konzentration von Antibiotika in Gülle und Gärresten gemessen werden, um den Abbau der Wirkstoffe in Boden und Grundwasser besser zu verstehen. Aus den Vorhabensergebnissen sollen in Zusammenarbeit mit den landwirtschaftlichen Beratungseinrichtungen gezielte Strategien entwickelt werden, um eine zukünftige Belastung des oberflächennahen Grundwassers zu vermeiden.
Das Projekt "Globalansatz (Teil A): Sind Stoffe persistenter als die Testsysteme glauben lassen? - Nicht-extrahierbare Rückstände: Experimentelle Überprüfung geeigneter Extraktionsverfahren in Hinblick auf eine langfristige Umweltgefährdung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Ausgangslage: Nicht abbaubare (persistente) chemische Substanzen reichern sich in der Umwelt an und können auch langfristig zu Umweltschäden führen. Der Eintrag dieser Substanzen ist daher zu vermeiden. Die Bewertung der Persistenz in den Zulassungsverfahren im Vollzug der Stoffgesetze spielt deshalb eine wichtige Rolle. In den vorgelegten Abbaustudien werden u.a. nicht-extrahierbare Rückstände (NER) gemessen. Gegenwärtig wird der gesamte Anteil der NER als Stoffsenke betrachtet und geht nicht in die Persistenzbewertung ein. Es wird diskutiert, ob diese NER tatsächlich nicht mehr mobilisierbar sind oder ob längerfristig eine Freisetzung verbunden mit der Gefahr einer Umweltschädigung möglich ist. Remobilisierbare Anteile werden bei der aus dem Verschwinden der Substanz abgeleiteten Verweildauer bisher nicht berücksichtigt, damit kann die tatsächliche Persistenz unterschätzt werden. Zielstellung: NER können durch Extraktionsverfahren in remobilisierbare und irreversibel gebundene Anteile aufgeteilt werden. Um diese Auftrennung zu optimieren, ist die Reihenfolge verschiedener Extraktionsmethoden zu untersuchen. Existierende Persistenzbewertungskonzepte zur Risikominderung sind unter Berücksichtigung dieser unterschiedlichen NER-Anteile weiter zu entwickeln. Vorgehen: Anhand von 2-3 radioaktiv markierten Substanzen soll experimentell in vereinfachten Abbautests im Boden und/oder im Wasser-/Sedimentsystemen die Auftrennung in remobilisierbare und irreversibel gebundene Anteile untersucht werden. Die Reihung der Extraktionsmethoden soll dabei von einer matrixschonenden zu einer matrixzerstörenden Extraktion verlaufen und die Bindungsarten berücksichtigen, die Aussagen zur Persistenz zulassen. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen zukünftig bei der Persistenzbewertung angewendet werden, um die mögliche Umweltbelastung besser einschätzen und das Risiko für die Umwelt minimieren zu können.
Das Projekt "Auftreten und Verbleib von ausgewählten pharmazeutischen Wirkstoffen und Desinfektionsmittel und deren Metaboliten in der aquatischen Umwelt - Exemplarischer Versuch einer umfassenden Beurteilung anhand von Lebensweganalysen; Vorkommen von pharmazeutischen Wirkstoffen in der aquatischen Umwelt - Auswahl Risk Assessment relevanter Wirkstoffe I - Teilprojekt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Karlsruhe (TH), Engler-Bunte-Institut, Bereich Wasserchemie und DVGW-Forschungsstelle durchgeführt. Mengenmäßig hoher Verbrauch von Pharmaka und Desinfektionsmittel in Verbindung mit einer schlechten Abbaubarkeit bei der Abwasseraufbereiung führen zu Einträgen von phamazeutischen Wirkstoffen in die aquatische Umwelt. Über den Verbleib dieser Substanzen bei der Abwasserreinigung und im aquatischen System sowie deren Verhalten bei der Nutzung von Oberflächen- und Rohwässern der Trinkwassergewinnung ist nur unzureichende Information verfügbar. Eine Abschätzung der ökologischen wie human-toxikologischen Risiken ist daher nur sehr eingeschränkt möglich. Idealerweise sollte eine Risikoabschätzung (Risk assessment) den gesamten Lebensweg eines Wirkstoffes berücksichtigen. Da ein entsprechendes Risk assesment zeitaufwendig wie auch kostspielig ist, soll im Rahmen des beantragten Vorhabens zunächst geprüft werden, welche pharmazeutischen Wirkstoffe und Desinfektionsmittel in das aquatische System eingetragen werden und somit für eine umfassende Risikoabschätzung relevant sind. Darauf aufbauend werden Wege zur Problemlösung untersucht werden.
Das Projekt "NANO-Transfer: Transfer kohlenstoffbasierter Nanomaterialien in der aquatischen Umwelt - Verbleib, Effekte, Bioakkumulation, Nahrungsnetzübertragung, Schadstofftransport und Einsatz in der Remediation belasteter Gewässer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie, Professur für Limnologie (Gewässerökologie) durchgeführt. In diesem Projekt werden in Langzeit-Mikro- und Mesokosmos-Experimenten mit repräsentativen Lebensgemeinschaften stehender und fließender Gewässer der Verbleib und das Verhalten, die Akkumulation und Effekte von C-MNMs innerhalb der Nahrungskette sowie die Verteilung in den Organismen untersucht. Hierbei kommen Fullerene und Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) als Beispiele für C-MNMs zum Einsatz. Die Materialien werden in umweltrelevanten Konzentrationen in Süßwasser-Mesokosmen (künstliche Fließgewässer und Standgewässer) und Salzwasser-Mesokosmen (Simulation von Flussmündungen) untersucht. Eine wichtige Funktion in Fließgewässern ist die Abbauleistung des Biofilms, der gleichzeitig eine wichtige Nahrungsgrundlage für die Weidegänger (Grazer) in Fließ- und Standgewässern darstellt. Folglich sind negative Effekte auf den Biofilm oder auf die Weidegänger als Prädatoren sowie eine Störung des Nahrungsnetzes durch indirekte Effekte der MNMs von fundamentaler Bedeutung für das Ökosystem. Anhand dieser Untersuchungen werden mögliche negative Effekte auf wichtige strukturelle und funktionelle Aspekte aquatischer Ökosysteme quantifiziert und die Ergebnisse für einen sicheren Umgang bzw. Einsatz mit C-MNMs genutzt.
Das Projekt "Quantifizierung des Nitratabbauvermögens in den Grundwasserkörpern des Hessischen Rieds und Lokalisierung von Risikogebieten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Beratungs- und Entwicklungsgesellschaft durchgeführt. Das Hessische Ried stellt angesichts der flächenhaften Überschreitung der Nitrat- Qualitätsnorm in allen fünf ausgewiesenen Grundwasserkörpern einen Belastungsschwerpunkt in Hessen dar. Um eine weitere Zustandsverschlechterung zu verhindern und mittelfristig wieder einen guten Zustand herzustellen, sind im Rahmen des Maßnahmenprogramms zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) Hessen 2009-2015 ergänzende Maßnahmen in den Räumen notwendig, die ein erhöhtes Belastungspotenzial aufweisen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist es nicht möglich abzuschätzen, in welchem Ausmaß die Zehrung des Nitratabbauvermögens in den Grundwasserleitern des Rieds bereits fortgeschritten ist und ob über den in der WRRL betrachteten Zeithorizont bereits mit vermindertem Nitratabbau im Grundwasserkörper gerechnet werden muss. Die Flächennutzung und die hydrogeologische Struktur des Hessischen Rieds lassen jedoch erwarten, dass die Zehrung des Nitratabbauvermögens regional unterschiedlich schnell voranschreitet. Projektziele und Aufgabenstellung: Als Grundlage für die Umsetzung von Maßnahmenprogrammen der WRRL sind die Ziele der vorgestellten Untersuchungen: - eine regional differenzierte Bestandsaufnahme des verfügbaren Nitratabbauvermögens in den Grundwasserkörpern des Hessischen Rieds durchzuführen, und darauf aufbauend - Risikogebiete im Hessischen Ried zu lokalisieren, in denen hohe Nitrateinträge aus der Flächennutzung gleichzeitig einem niedrigen Nitratabbauvermögen im Boden und im Grundwasserleiter gegenüber stehen. - Weiterhin ist eine Einschätzung des Zeitraums zu liefern, wann sich die Maßnahmenprogramme der WRRL auf eine Verbesserung der Nitratbelastungssituation im Grundwasser auswirken werden.
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