Das Projekt "Teilprojekt: Mikrobielle Aktivitäten beim Abbau aromatischer Fremdstoffe im Aquifer mit Eisen und Mangan als Elektronenakzeptor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Institut für Limnologie, Lehrstuhl Mikrobielle Ökologie, Limnologie und generelle Mikrobiologie durchgeführt. Im letzten Antragsjahr soll 13C12C-Isotopenfraktionierungsmethode auf dem Testfeld Süd zur Bilanzierung des Schadstoffabbaus eingesetzt werden. Dies beinhaltet die Messung der 13C/12C-Isotopensignaturen der einzelnen Schadstoffe (AG Michaelis), die Quantifizierung des mikrobiellen Abbaus (AG Schink/Meckenstock), Schadstoffemission aus der Quelle (AG Grathwohl) und die hydrogeologische Modellierung auf der Basis von Pumpversuchen. Mit Hilfe eines einfachen gaschromatographischen Testsystems zur D/H Isotopenfraktionierung soll die Temperaturabhängigkeit der Fraktionierung beschrieben werden und der fraktionierende Schritt im Abbau identifiziert werden. Aus den sulfatreduzierenden Anreicherungen sind zwei Reinkulturen mit Toluol (Stamm TRM1) und mit o-Xylol (Stamm OX39) als Kohlenstoff - und Energiequelle hervorgegangen. Zwei Anreicherungskulturen mit m-Xylol (MX3) und mit Naphthalin (N47) sollen noch in Reinkultur gebracht und beschrieben werden. In allen Kulturen sollen in Zusammenarbeit mit der AG Michaelis Metabolite identifiziert werden, die Rückschlüsse auf die Abbauwege erlauben. Für die Naphthalin-abbauende Kultur N47 sind Enzymtests geplant.
Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 546: Geochemische Prozesse mit Langzeitfolgen im anthropogen beeinflußten Sickerwasser und Grundwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Sektion, Fachbereich Biologie, Sonderforschungsbereich 248 'Stoffhaushalt des Bodensees' durchgeführt. In enger Zusammenarbeit mit geologisch, geochemisch, hydrologisch und physikochemisch arbeitenden Gruppen soll das Schicksal aromatischer Fremdstoffe (Benzol, Toluol, Xylol, Naphthalin etc.) im Zuge des Transports untersucht und die mikrobiellen Beiträge zum Abbau bzw. zum Umbau dieser Verbindungen geprüft werden. Die laufenden Bodensäulenversuche sollen mit verschiedenen Fließgeschwindigkeiten und NO3 als Elektronenakzeptor weitergeführt werden. Mit den bisher isolierten Bakterienkulturen sollen die Wege des anaeroben Abbaus verschiedener aromatischer Kohlenwasserstoffe durch Identifizierung der Abbauprodukte untersucht werden, die von den Kulturen produziert oder ausgeschieden werden und evtl. für weitere Reaktionen zur Verfügung stehen. Die Ursache einer biologischen 13C/12C-Isotopenfraktionierung beim anaeroben Abbau von Toluol soll untersucht und die mögliche Anwendbarkeit einer hierauf basierenden Methode für die Beschreibung von biologischen Abbauvorgängen in der Umwelt geprüft werden. Dabei soll anhand von verschiedenen Kulturen, die aromatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Toluol und o,m,p-Xylol mit verschiedenen Elektronenakzeptoren abbauen können, gezeigt werden, ob die Fraktionierung bei allen untersuchten Organismen und bei jedem untersuchten Substrat in gleichem Umfang auftritt und somit eine generelle Eigenschaft des biologischen Abbaus ist. Für ausgewählte Substrate soll gezeigt werden, bei welchem Schritt im Abbau die Fraktionierung verursacht wird und ob sich daraus Gesetzmäßigkeitn wie z.B. Fraktionierungsfaktoren für den Abbau von Fremdstoffen im Aquifer ableiten lassen können.
Das Projekt "REMINVAS - Minimal-invasive Remediation von Umweltschäden im Untergrund Biologisch induzierter Abbau organischer Schadstoffe im Boden zur Rduktion des Gefährdungspotenzials" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Mikrobiologie, Professur für Mikrobielle Kommunikation durchgeführt. Im Mittelpunkt des Teilprojektes der FSU JENA steht die anwendungsorientierte Forschung zur Bereitstellung von biologisch induzierten Sanierungsmethoden für eine minimal-invasive Remediation. Dabei werden Prozesse der NAIENA in Modellexperimenten entwickelt und am Standort des ehemaligen Gaswerks Eisenach als proof-of-principle eine Anwendung gestützt auf minimal-invasive Horizontalbohrungen erprobt. Die Ergebnisse werden an einem zweiten Standort verifiziert. Die Ergebnisse werden die Partner in die Lage versetzen, realistische und erprobte Handlungsanleitung für die Anwendung von REMINVAS in der Sanierungspraxis bei der Revitalisierung von ökologisch belasteten Standorten zu erstellen. Die uneingeschränkte Publizierbarkeit erlaubt die Verwertung nach der Förderphase auch außerhalb des Projekts. Gleichzeitig wird durch die Einbindung des wissenschaftlichen Nachwuchses die Kompetenz auf dem Gebiet der minimal-invasiven Sanierungsstrategien aufgebaut und in der universitären Lehre weitergegeben. Die für das Forschungsprogramm notwendigen Teilschritte liegen insbesondere in der Identifizierung der benötigten Mikroorgansimen und die Definition der erforderlichen Nährstoffzugabe bzw. Zugabe von Elektronenakzeptoren zur Optimierung von Abbauwegen direkt im Untergrund, ohne dass die Fläche komplett beräumt oder oberflächlich zugänglich sein muss. Dies ist eine Herausforderung, die bisher nicht realisiert wurde. Dabei werden einerseits Sauerstoff für den Abbau der meisten PAKs und BTEX, andererseits Nitrat als KNO3 oder NaNO3 für den Abbau von Ethylbenzol, Toluol und Xylol eingesetzt werden. Es ist also darauf zu achten, dass je nach Standort eine an das Substrat, Porengrößen, Redoxverhältnisse im Aquifer und Schadstoffgemisch Vorgehensweise gewählt wird. Dies ist nicht mit einer standardisierten Vorgehensweise durch käufliche bakterielle Konsortien einer einzigen Lösungsstrategie für alle Anwendungen erreichbar. Daraus lassen sich aus mikrobiologischer Sicht schlüssig viele Fehlschläge in Sanierungsversuchen erklären. Das hier vorgeschlagene Vorgehen zielt darauf ab, bereits an das Schadstoffgemisch und die vorliegenden Bedingungen angepasste Mikroben zu isolieren und dann in kontrollierbaren Verhältnissen zuzuführen. Aus Laborversuchen können die optimalen Bedingungen für die Zugabe von Nährstoffen ermittelt werden.
Das Projekt "Teilprojekt III: Untersuchungen zur Quantifizierung des mikrobiellen PAK-Abbaus und Ermittlung dessen Mechanismen im Grundwasserleiter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. - Technisch-wissenschaftlicher Verein - Technologiezentrum Wasser (TZW) durchgeführt. Beobachtungen an verschiedenen teerverunreinigten Standorten deuten auf stationaere Grundwasserschadstofffahnen hin, wofuer mikrobielle Abbau- und Sorptionsprozesse verantwortlich gemacht werden. Ausreichende Untersuchungen zur umfassenden Charakterisierung und Quantifizierung dieser Prozesse stehen noch aus. Die Altablagerung 'Stuermlinger Sandgrube' bietet guenstige Voraussetzungen entsprechende Untersuchungen durchzufuehren (gute Datenbasis aus systematischer Altlastenbearbeitung; Abstrombereich des Schadensherdes uneingeschraenkt zugaenglich). Nach Niederbringung von Multilevel-Grundwassermessstellen (vgl. Teilprojekt B) sollen physikalisch-chemische Felduntersuchungen zur Erfassung der raeumlichen Veraenderung des Grundwassermilieus sowie wichtiger Stoffstroeme (CO2, O2, NO3, NO2, NH4, SO4, Fe2/Fe+ etc.) durchgefuehrt und darueber Frachten und Umsaetze von Elektronenakzeptoren berechnet werden, um dann den mikrobiellen Umsatz an organischem Substrat abschaetzen zu koennen. Laborexperimente (Batch-, Saeulenexp.) mit z.T. ungestoertem Grundwasser sollen dann die natuerliche Abbauprozesse weiter chrakterisieren und quantifizieren. Aus den Gesamtdaten kann dann die Bedeutung des biologischen Abbaus fuer die Schadstoffausbreitung ermittelt werden. Zusammen mit den Daten der anderen Teilprojekte soll schliesslich das Langzeitverhalten der Schadstofffahne prognostizierbar werden.
Das Projekt "Einfluss von Sauerstoff und anderen Elektronenakzeptoren auf die metabolische Aktivitaet anaerober Bakterienpopulationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ADW - Institut für Biotechnologie durchgeführt. Ausgangspunkt fuer die fuer 1991 vorgeschlagenen Untersuchungen soll die Methangaerung sein. Die Methanogenese ist durch konkurrierende Prozesse wie Nitratreduktion, Sulfatreduktion, aerobe Atmung usw beeinflussbar. Zur Konkurrenz zwischen Denitrifizierung und Methangaerung gibt es nur sehr wenige Untersuchungen. Aus Literaturhinweisen geht hervor, dass beide Prozesse durchaus parallel laufen koennen. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Koexistenz bzw Konkurrenz beider Prozesse detaillierter zu untersuchen.
Das Projekt "Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens - Teilprojekt Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Fachbereich IV - Fach Mathematik, Lehrstuhl für Angewandte Mathematik I durchgeführt. Im Rahmen des Teilprojekts Modellierung des Forschungsverbundvorhabens 'Nachhaltige Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens' wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das die Ausbreitung und den Abbau von Schadstoffen in der (un-)gesättigten Bodenzone in Form einer numerischen Simulation abbildet. Dazu musste in der ersten Projektphase ein existierendes Simulationswerkzeug (Richy1D) insbesondere um die Beschreibung von natürlichen Abbauvorgängen erweitert werden. Die nötigen Arbeiten auf dem Gebiet der Modellentwicklung resultierten zunächst in Implementierungen von Abbaumechanismen 0. und 1. Ordnung, die bereits lineare, irreversible Reaktionsnetzwerke mit beliebigen Reaktionspartnern abbildbar machen. Derartige Abbauketten sind etwa zur vereinfachten Beschreibung des LHKW-Abbaus weit verbreitet. Die Abhängigkeit der Reaktionsraten von Vorhandensein und Aktivität lebender Organismen, die diese Abbauvorgänge katalysieren, wird vom Monod-Modell widergespiegelt. Dieses wurde formuliert und implementiert für Umsetzungen mit beteiligter Biomasse und zwei Reaktionspartnern, dem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptor (sog. 3-Komponentenmodell). Die Berücksichtigung des Konzepts der Redoxzonen, in welchen unterschiedliche Mikrobenspezies agieren und verschieden Abbauwege möglich sind, mündet in der Formulierung eines allgemeinen Monod-Modells mit einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Biomassenspezies, Abbauwegen, Reaktionspartnern und Hemmstoffen. Um schließlich allgemeinste chemische Reaktionsgleichgewichte oder Kinetiken berücksichtigen zu können, wird derzeit an der Realisation eines allgemeinen Mehrkomponentenmodelles gearbeitet. Die Nutzung komplexer Simulationsmodelle für reale Fallstudien stellt hohe Anforderungen an die Datenlage der Standorte. Ein Hilfsmittel zur Gewinnung von Modellparametern stellt die Identifizierung dieser mittels inverser Simulation geeigneter (Säulen-) Experimente dar. Die am Lehrstuhl entwickelte Software wurde hier entsprechend den Anforderungen eines Teilprojekts einem speziellen Experimentdesign, dem sog. Kreislaufexperiment, angepasst. Desweiteren wurde eine neue Parametrisierungsmöglichkeit für die zu identifizierenden Funktionen geschaffen, welche zu verbesserter numerischer Stabiliät führt. Die Funktionen sind nun durch monotone, stückweise kubische Splines darstellbar. Die Identifizierungssoftware ist auch auf die Parameter des 3-Komponenten-Monod-Modells erweitert. Zur Erstellung einer räumlich dreidimensionalen, instationären Wasserhaushalts- und Stofftransportsimulation Richy3D wurden zunächst zweidimensionale Vorarbeiten auf die aktuellste Version des Programmbaukastens ug portiert, was sowohl die Verfolgung adaptiver Rechenkonzepte (variable Steuerung numerischer Parameter wie Zeitschrittweite und Feinheit des räumlichen Gitters) ermöglicht, als auch einen übergang zu parallelen Datenstrukturen bietet. Dazu wurde in weiten Teilen die Diskretisierung ...
Das Projekt "NIDESI 'Entwicklung und Erprobung eines gekoppelten Nitrifikations-/Denitrifikations-Verfahrens zur in-situ-Reinigung stark stickstoffbelasteter Grundwasserleiter'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Berliner Wasserbetriebe durchgeführt. Eine gekoppelte Nitrifikation/Denitrifikation als in-situ-Verfahren soll fuer die Sanierung eines hoch mit Ammonium (groesser 50 mg/l) und Nitrat (100 bis 500 mg/l) kontaminierten Grundwasserleiters untersucht werden. Zur Nitrifikation des Ammoniums werden technischer Sauerstoff, aber auch Wasserstoffperoxid als Elektronenakzeptor erprobt, fuer die heterotrophe Denitrifikation soll vorrangig der sedimentgebundene organische Kohlenstoff (C(ind=org)) als einzige Kohlenstoffquelle genutzt werden. Fuer beide Prozessstufen muss der Transport unterschiedlich loeslicher Gase (O2, N2) im Dreiphasensystem untersucht und technisch geloest werden. Die mikrobiellen Stoffwechselprozesse Nitrifikation/ Denitrifikation sind in Batch- und Saeulenversuchen zu untersuchen, wobei der Einsatz weitgehend ungestoerter Sedimentproben und die standortgerechten Milieubedingungen des Grundwasserleiters (Druck, Temperatur, Redoxpotential) entscheidende Randbedingungen sind, um in anschliessenden Feldversuchen die Verfahrensparameter festlegen zu koennen.
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