Das Projekt "Mobilisierung und Retention von Arsen an Redoxfronten bei advektivem Transport - Ein integrativer, multidisziplinärer Ansatz (AdvectAs)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Hydrogeology durchgeführt. Weltweit gefährden erhöhte Arsenkonzentrationen im Grundwasser die Gesundheit von mehr als 100 Millionen Menschen insbesondere in den dicht besiedelten Deltaregionen Süd- und Südostasiens. Aquifere mit hohem und niedrigem As-Gehalt sind durch unterschiedliche Redoxbedingungen gekennzeichnet und durch schmale Übergangszonen voneinander getrennt. Diese Fe dominierten Redoxfronten spielen hinsichtlich der Advektion und Retention von As eine entscheidende Rolle und schützen unbelastete Aquifere vor As Eintrag. Diese Schutzfunktion wird in Zukunft immer bedeutender, da die Grundwasserentnahme aufgrund des global zunehmenden Wasserbedarfs steigt und somit, durch erhöhte Advektionsraten, bisher nicht mit As belastete Grundwässer zusehends gefährdet. Trotz langjähriger Forschung bleibt ungeklärt, inwieweit und in welchem Ausmaß Fe dominierte Redoxfronten, insbesondere bei erhöhtem Grundwassertransport, der Kontamination von Grundwasser mit As entgegenwirken und verlangsamen können. Im Mittelpunkt unseres Projektes steht die Hypothese, dass die Langzeitstabilität und somit die Kontrollfunktion Fe dominierter Redoxfronten durch ein Zusammenspiel von (a) Transportprozessen, (b) mikrobieller Aktivität und (c) der Stabilität der Arsenträgerphasen (meist Fe Phasen) bestimmt wird. Wir nehmen an, dass sich sowohl Art und Menge an Fe Mineralen als auch die As Speziierung entlang des Redoxgradienten verändern und zwar in Abhängigkeit der verfügbaren Elektronendonatoren und -akzeptoren, der mikrobiellen Aktivität, der hydrogeochemischen Gradienten, sowie dem vorherrschenden Wassertransport. Weiter gehen wir davon aus, dass vertikale Austauschprozesse gelösten organischen Kohlenstoff aus den begrenzenden Aquitarden dem Aquifer zuführen, welches die Arsenmobilisierung weiter verstärkt. Übergeordnetes Ziel unseres Forschungsprojekts ist es, die Wissenslücken hinsichtlich der Arsenmobilität an Fe dominierten Redoxgrenzen durch einen bewusst integrativen und interdisziplinären Ansatz zu schließen, um die Gefährdung bisher nicht kontaminierter Grundwässer sachlich fundiert abschätzen zu können. Die fachübergreifenden Arbeiten sollen an einem Testfeld in Vietnam durchgeführt werden, welches durch viele gemeinsame Vorarbeiten sehr gut charakterisiert ist und sich als Modellstandort für unsere Fragestellungen bestens eignet. Alle erhaltenen Daten und Informationen werden in einem reaktiven Transportmodell zusammengeführt und so einheitlich interpretiert. Dieses Modell koppelt die grundlegenden biogeochemischen Prozesse mit den relevanten Transport- und Austauschmechanismen, so dass auch quantitative Vorhersagen über die zeitliche und räumliche Entwicklung der Redoxfronten bzw. der Arsenmobilität getroffen werden können. Ein vergleichbarer integrativer Ansatz, der von Beginn an und bewusst alle wesentlichen Fachrichtungen zur Beurteilung der As Dynamik einbezieht und gesicherte Prognosen erst ermöglicht wurde in dieser Form noch nicht unternommen.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Entwicklung und Erprobung eines vor Ort anwendbaren Sensorsystems für die As(III)-/As(V)-Detektion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Das Gesamtziel des Verbundvorhabens TerZinn ist die Weiterentwicklung und Vor-Ort-Erprobung von Verfahren zur Reinigung der aus der Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf austretenden Wässer, insbesondere bezüglich der Verringerung der Arsenkonzentration. Es soll erreicht werden, dass von dem Grubenwasser künftig kaum noch negative Umweltauswirkungen ausgehen, um auf diese Weise einen Beitrag zur wirtschaftlichen und sozialen Weiterentwicklung der Region zu leisten. Insbesondere soll demonstriert werden, dass Auswirkungen des Bergbaus auf die Wasserqualität mit vertretbaren Kosten mittels modernster Verfahren zur Wasserbehandlung und eines intelligenten, selbst-lernenden Wassermanagementsystems auch für sehr kritische Schadstoffe wie Arsen zu vermeiden sind. In dem Teilprojekt Astek wird das KSI Meinsberg ein Sensorsystem für die Bestimmung von sowohl As(III) als auch As(V) entwickeln. Von den zugrundeliegenden Sensoren werden Versuchsmuster hergestellt und dessen technische Parameter wie Selektivitätskoeffizienten an ausgewählten Störionen, Linearitäts- und Messbereich sowie Langzeitstabilität im Labor und im Vor-Ort-Einsatz in der Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf bestimmt. Das zu entwickelnde Sensorsystem soll letztlich die Überwachung der im Rahmen des Verbundvorhabens zu entwickelnden Wasseraufreinigungsprozesse direkt vor Ort ermöglichen.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Schadstoffadsorption und naturnahe Reinigungsverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Die Zielstellung des Verbundprojektes TERZinn besteht in der Weiterentwicklung und vor-Ort-Erprobung von Verfahren zur Reinigung der aus der Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf austretenden Wässer, insbesondere bzgl. der Arsenkonzentration. Es soll erreicht werden, dass davon künftig kaum noch negative Umweltauswirkungen mehr ausgehen, um auf diese Weise einen Beitrag zur wirtschaftlichen und sozialen Weiterentwicklung der Region zu leisten. Insbesondere soll auch demonstriert werden, dass Auswirkungen des Bergbaus auf die Wasserqualität mittels modernster Verfahren zur Wasserbehandlung und ein intelligentes, selbst lernendes Wassermanagementsystem auch für sehr kritische Schadstoffe wie Arsen zu vertretbaren Kosten vermeidbar sind. Im Projekt soll ein mehrstufiger Ansatz verfolgt werden, wobei zunächst eine möglichst umfassende Bestandsaufnahme zur Erfassung der Quellterme, zur Ermittlung der Speziation (insbes. As) und zur modellbasierten Prognose der Konzentrationsentwicklung erfolgen soll. Damit wird es möglich, optimale Ansatzpunkte für die Fassung von Teilströmen für eine effiziente Behandlung möglichst im Grubengebäude zu identifizieren. Nachfolgend werden mehrere Verfahren für die Arsenabtrennung und sonstige Wasserreinigung geprüft und die wirksamsten davon vor Ort getestet und demonstriert. Dieses Vorgehen ist erforderlich, da die Speziation des As den Reinigungserfolg entscheidend beeinflusst. Untersuchungen zur Rohstoffgewinnung aus Grubenwasser für seltene Metalle sind ebenfalls Untersuchungsgegenstand. Die Grube Ehrenfriedersdorf soll perspektivisch zum Modellstandort für die Demonstration modernster Verfahren für die Grubenwasserreinigung entwickelt werden, da die Problematik von weltweitem Interesse ist.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Weiterentwicklung elektrochemischer und chemischer Verfahrensansätze für Wasserbehandlung und Rohstoffgewinnung. Standortlogistik und Verbundkoordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Dresden-Klotzsche durchgeführt. Die Zielstellung des Verbundprojektes besteht in der Weiterentwicklung und vor-Ort-Erprobung von Verfahren zur Reinigung der aus der Zinnerzgrube Ehrenfriedersdorf austretenden Wässer, insbesondere bzgl. der Arsenkonzentration. Es soll erreicht werden, dass davon künftig kaum noch negative Umweltauswirkungen mehr ausgehen, um auf diese Weise einen Beitrag zur wirtschaftlichen und sozialen Weiterentwicklung der Region zu leisten. Insbesondere soll auch demonstriert werden, dass Auswirkungen des Bergbaus auf die Wasserqualität mittels modernster Verfahren zur Wasserbehandlung und ein intelligentes Wassermanagementsystem auch für kritische Schadstoffe wie Arsen zu vertretbaren Kosten vermeidbar sind. Schwerpunktziele des Teilprojektes sind die Weiterentwicklung vorrangig elektrochemischer Verfahrensansätze für Schadstoffabtrennung/Fixierung sowie Rohstoffgewinnung, die Erprobung einer chemischen-In-situ-As Immobilisierung und die Bewertung der chemischen Stabilität der erzeugten Immobilisate. Die technische Zielstellung besteht darin, Verfahren auf Demonstratorniveau so an die örtlichen Gegebenheiten zu adaptieren, dass eine Abreicherung bei As und bei anderen Wasserschadstoffen um bis zu 90% erreicht werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Sulfidische und mikrobiologische Laugung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für NE-Metallurgie und Reinststoffe durchgeführt. Chile ist mit 27 % der globalen Produktion der größte Kupferproduzent und -exporteur der Welt und besitzt weltweit die größten wirtschaftlich abbaufähigen Vorkommen. Allein in der Mine Chuquicamata werden etwa 45 Mio. t Erze jährlich abgebaut, wobei die Kupferkonzentration lediglich bei 0,5 - 1 % liegt. Ein großer Teil des bei der Aufkonzentration anfallenden Abfalls muss deponiert werden. Dazu kommt ein enormer Bedarf an Wasser bei der Kupfergewinnung, welches mit Chemikalien und Schwermetallen verunreinigt wird. Ein besonderes Problem stellt auch der stetig steigende Arsengehalt in den noch vorhandenen Erzen dar. Das Gesamtprojekt zielt darauf ab, die Arsenbelastung durch verbesserte Prozessierung der Erze und sicherere Ablagerung zu senken. Das Teilprojekt der TU Bergakademie wird im Teil des Instituts für NE-Metallurgie und Reinststoffe (INEMET) vorwiegend die Abtrennung von Arsen aus arsenreichen Konzentraten durch sulfidische Laugung mit Natriumsulfid unter alkalischen Bedingungen untersuchen. Zusätzlich soll die Röstung in Zusammenarbeit mit den Partnern Outotec und Universidad de Concepción kinetisch und thermodynamisch untersucht werden. Im Teil des Instituts für Biowissenschaften (IBW) wird in Zusammenarbeit mit chilenischen Partnern zum einen die saure biologische Laugung von Enargit und Tennantit untersucht. Zum anderen soll auch die mikrobielle Oxidation von Arsenit zu Arsenat untersucht werden, weil letzteres zu stabileren Ablagerungsprodukten führt und die biologische Oxidation kostengünstiger als eine chemische sein könnte.
Das Projekt "KMU-innovativ16 ECAR: Entwicklung einer Kompaktanlage (Prototyp) zur Ent-Arsenierung von Grund- bzw. Trinkwasser mit Hilfe elektrolytisch hergestellter Eisen- bzw. Aluminium-Ionen für Länder mit hoch belasteten Grund- bzw. Trinkwasser-Ressourcen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NECON GmbH Metallkonstruktionen durchgeführt. Viele Länder der Erde beklagen hohe Arsen-Gehalte im Trinkwasser. Eine Ent-Arsenierung ist dringend geboten. Bei der skizzierten Innovation sollen elektrolytisch aus phosphatierten Fe-Anoden bzw. aus eloxierten Al-Anoden hergestellte Fe-/ Al-Ionen mit den im Trinkw vorliegenden (AsO4)-Ionen zu Fe(AsO4) (Skorodit')- bzw. Fe3(AsO4)2 ('Symplesit')- bzw. Al(AsO4) ('Mansfieldit')-Mineralien auskristallisieren und über ein Feinfilter abfiltriert werden. Die exakten Fe-/Al-Konzentrationen sollen mittels einer speziellen Elektroden-Steuerung (Pulsweiten-Modulationssteuerung = PWM) generiert werden. Die Verbräuche von Anodenmaterial und von elektr. Energie sollen auf diese Weise deutlich minimiert werden. Auch das Arsen-haltige Abfallvolumen wird sich stark reduzieren und die Entsorgung erleichtern. Die Energieversorgung der Anlage soll über eine solare Stromquelle mit Batteriespeicher erfolgen, womit eine besondere Eignung für den Einsatz in Gebieten mit unzureichender Elektrizitäts-Versorgung gegeben ist. Die modulare Bauweise ermöglicht eine Anlagendimensionierung für beliebige, anwenderspezifische Anforderungen. Der Prototyp soll nach Fertigstellung in Peru in einem ersten Feldversuch getestet werden.
Das Projekt "GerES V -TV-2015/1: HBM-Metallanalytik-I - Bestimmung von (Schwer-)Metallen in Morgenurin und Vollblut der Kinder und Jugendlichen in Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Medizinische Fakultät - Institut und Poliklinik für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin durchgeführt. Ende 2014 startete die Hauptphase der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen, GerES V, in Kooperation mit dem RKI. Am 21. Januar 2015 begann die Feldphase von GerES V (FKZ 3714622001). Im Rahmen von GerES V werden Blut- und Urinproben von 3-17 jährigen Kindern und Jugendlichen, die bevölkerungsrepräsentativ in 167 Orten ausgewählt wurden, analysiert. Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der Eltern bzw. Kinder und Jugendlichen liefern die Analysen der Blut- und Urinproben wesentliche Informationen zur Belastung mit zahlreichen Substanzen. In diesem Teilvorhaben 2015/1 HBM-Metallanalytik-I sollen die Blut- und Urinproben auf verschiedene Schwermetalle und Metalle analysiert werden. Bei einigen (Schwer-)Metallen (Arsen, Blei, Cadmium, Nickel und Quecksilber) ist 10 Jahre nach dem Kinder-Umwelt-Survey eine aktuelle Bestandsaufnahme notwendig, bzw. für die 15-17 Jährigen eine erstmalige Querschnittanalyse in Deutschland. Für andere (Schwer-)Metalle (Antimon, Chrom) erfolgt für alle untersuchten Altersgruppen eine erstmalige repräsentative Analyse für Deutschland.
Das Projekt "Bewertung und Management der Arsenbelastung in landwirtschaftlich genutzten Böden und Wässern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Arsen in landwirtschaftlichen Böden und Wässern und dessen Verbreitung in der Nahrungskette kann hohe gesundheitliche Risiken verursachen. In vielen europäischen Oberböden sind die Arsenkonzentrationen erhöht, häufig durch hohe geogene Hintergrundkonzentrationen. Allerdings gibt es auch Arsenanomalien anthropogenen Ursprungs, z.B. aufgrund von Bergbautätigkeit, Verhüttung, durch Freisetzung von Arsen aus Holzschutzmitteln, Insektiziden, Herbiziden oder durch Zerstörung und Lagerung von arsenreichen Chemiewaffen. Es ist notwendig, die Arsenquellen an diesen Standorten zu identifizieren und Stoffverläufe innerhalb des Ökosystems nachzuvollziehen. Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten zu dieser Thematik in der Vergangenheit bestehen noch erhebliche Wissenslücken zu deren Schließung AgriAs beitragen soll. Ziel von AgriAs ist es, die existierenden Risiken der Arsenfreisetzung durch die Landwirtschaft aufzuzeigen und mögliche Methoden zur Sanierung arsenbelasteter Standorte und zur Erfassung des ökotoxikologischen Potentials zusammenzustellen. AgriAs baut auf Informationen aus verschiedenen nationalen und europäischen Datenbanken auf, beinhaltet die Testung und Entwicklung neuer Technologien und einer Methodik zur umfassenden Risikobewertung. Besonderes Augenmerk wird auf die Demonstration effizienter Technologien und die Verbreitung der erworbenen Kenntnisse in Zusammenarbeit mit Stakeholdern gelegt. AP1) Arsenkonzentrationen in Wasser, Boden und Nutzpflanzen in Europa AP2) Wirkung der aktuellen landwirtschaftlichen Praxis an arsenkontaminierten Standorten AP3) Arsenentfernungstechnologien und Innovation AP4) Risikobewertung an ausgewählten Standorten AP5) Nachhaltiges Management von Arsenrisikoregionen und Empfehlungen AP6) Ergebnisverwertung und Öffentlichkeitsarbeit AP7) Management
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Metallsorption und Gewinnung refraktärer Metalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Ziel dieses Verbundprojektes ist die praxisreife Entwicklung eines Verfahrens zur Gewinnung von wirtschaftsstrategischen Spurenelementen aus der komplexen Matrix des Theisenschlamms mit einem energieeffizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Verfahren. Dabei sollen insbesondere Bioleaching und mineralselektive Laugung als Aufschlussverfahren eingesetzt werden. Mit elementspezifischen Verfahren, insbesondere Membrantrennung, Ionenaustausch an Eisenverbindungen, Anreicherung mit Metallophoren und Solventextraktion sollen die komplex zusammengesetzten Aufschlusslösungen verarbeitet und die enthaltenen Wertstoffe gewonnen werden. Im Theisenschlamm tritt eine Reihe von Anionen bildenden Metallen (Re, Ge, Sb, Mo, V, Se) auf. Diese können nach der Mobilisierung aus der Laugungslösung in die Struktur von Eisenhydroxyverbindungen, eingebunden und so ausgefällt werden. Insbesondere für Rhenium, das im Theisenschlamm signifikant angereichert ist, soll ein solcher Prozess erprobt werden. Durch geeignete Desorptionsmittel werden die Wertkomponenten von den Eisenverbindungen gelöst und durch fraktionierte Fällungsprozesse gewonnen. Im Theisenschlamm finden sich die Elemente Pb, Sn und Ag, die einen signifikanten Anteil am Wertstoffinhalt ausmachen, jedoch erfahrungsgemäß nur schwer biologisch laugbar sind. Insbesondere Ag hat jedoch wesentliche Bedeutung für die Rentabilität des Gesamtprozesses. Daher sollen diese Elemente durch geeignete chemische Laugungsverfahren mobilisiert und anschließend durch fraktionierte Fällung aus der erhaltenen Lösung in Form von Konzentraten gewonnen werden. Bei der Gewinnung der Wertkomponenten fallen einerseits feste Laugungsrückstände und andererseits Produkte mit Schadkomponenten an. Dies betrifft ins-besondere die Elemente As, Cd und Hg. Für all diese Materialien werden Möglichkeiten zu Verwertung oder zur Immobilisierung für eine nachhaltig umweltgerechte Entsorgung untersucht.
Das Projekt "Solar Mining - Solarunterstützte Energie- und Phosphatgewinnung aus Klärschlamm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadt Renningen, Eigenbetrieb Abwasser durchgeführt. Der Eigenbetrieb Abwasser der Stadt Renningen plant die Errichtung einer Anlage zur solargestützten Energie- und Phosphatgewinnung aus Klärschlamm. Derzeit wird Klärschlamm in Renningen und Umgebung direkt als Dünger in der Landwirtschaft ausgebracht oder in der Mitverbrennung entsorgt. Künftig werden Klärschlämme unter Einsatz von Solarenergie und Abwärme getrocknet und sodann in einer anschließenden Festbettreformierung thermisch behandelt. Das Verfahren zerstört im Klärschlamm enthaltene organische Schadstoffe, reduziert die Gehalte an Quecksilber, Arsen und Cadmium weitgehend und ermöglicht die Rückgewinnung des in der Klärschlammasche enthaltenen, wertvollen Phosphats. Die erzeugte Klärschlammasche kann als Phosphordünger oder, weiter aufbereitet, als Grundstoff in der Düngemittelindustrie vermarktet werden. Die Prozesswärme aus dem Vergasungsprozess wird zur Trocknung des Klärschlamms sowie zur Energieerzeugung in einer Turbine genutzt. Hierdurch kann der Strombedarf der Anlage komplett gedeckt werden. Überschüssiger Strom wird in das Netz der Kläranlage eingespeist und vor Ort verbraucht. Die dezentrale Behandlung des Klärschlamms führt außerdem zu einer deutlichen Reduzierung des Transportaufwandes. Das ressourceneffiziente Verfahren bietet eine umweltfreundliche Alternative zur Mitverbrennung sowie zur direkten landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm, die wegen der Belastung von Boden und Gewässern durch Schadstoffeinträge eingestellt werden soll. Für das neuartige Verfahren bieten sich perspektivisch weitere Anwendungsmöglichkeiten in den deutschlandweit etwa 10.000 kommunalen Kläranlagen.
