Das Projekt "Geochemisches Modell für Zn, Cd und Pb in salinaren Lösungen aus Abfalldeponien, Alt- und Umweltlasten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH - Fachbereich Endlagersicherheitsforschung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Schaffung einer breit anwendbaren Datenbasis für die geochemische Modellierung von Zink-, Cadmium- und bleihaltigen Lösungen niedriger bis hoher Ionenstärke bei 25 Grad Celsius auf der Grundlage der bereits geschaffenen Datenbasis, die bisher nur für den schwach sauren Bereich geeignet ist. Dazu werden Literaturdaten ausgewertet und fehlende Daten durch experimentelle Untersuchungen ermittelt. Die Datenbasis soll für, durch geologische Systeme beeinflusste, Schadstofflösungen im pH-Bereich zwischen 2 und 12 verwendbar sein und die Speziation der Metallionen in Lösung insbesondere ihre ausgeprägte Neigung zur Bildung von Chloro- und Hydroxokomplexen berücksichtigen. Die Löslichkeitskonstanten von Mineralphasen mit den Anionen Chlorid, Sulfat, Hydroxid, Carbonat, Phosphat und Sulfid werden der Literatur entnommen, auf ihre Anwendbarkeit überprüft und in die Datenbank aufgenommen. Fehlende Werte werden experimentell ermittelt. Mit diesem Vorhaben wird ein vielseitig einsetzbares Handwerkszeug zur geochemischen Modellierung von schadstoffbelasteten Fluiden geogenen Ursprungs geschaffen.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Physikalisch-Chemisches Institut durchgeführt. 1. Vorhabensziel: Das Gesamtziel des Projektes ist die Erweiterung des Kenntnisstands und der thermodynamischen Datenbasis für Actinide, langlebige Spaltprodukte und Matrixelemente mit Relevanz für Langzeitsicherheitsanalysen zur Endlagerung hochradioaktiver wärmeproduzierender nuklearer Abfälle. Im Rahmen dieses Teilprojekts werden Arbeiten zum Komplexierungsverhalten von Actiniden mit anorganischen Liganden Temperaturbereich bis 90°C durchgeführt. Ziel dieses Teilprojekts ist es, thermodynamische Standarddaten für einen größeren Ionenstärke- und Temperaturbereich zu erhalten. Diese Daten sollen dann in schon bestehende Datenbasen einfließen. Das Projekt liefert somit einen entscheidenden Beitrag für eine thermodynamisch fundierte Sicherheitsanalyse zur Langzeitsicherheit von nuklearen Endlagern. 2. Arbeitsplanung: Die folgenden Arbeitspakete werden bearbeitet: 1. Komplexierung von dreiwertigen Actiniden mit Chlorid und Carbonat; 2. Hydrolyse von dreiwertigen Lanthaniden/Actiniden bei erhöhten Temperaturen; 3. Komplexierung von Np(V) mit anorganischen Liganden bei erhöhten Temperaturen; 4. Charakterisierung von löslichkeitsrelevanten Festphasen; 5. Bewertung von Schätzmethoden; Qualitätsmanagement und Dokumentation.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ressourcenökologie durchgeführt. Gesamtziel des Projektes ist die Erweiterung des Kenntnisstands und der thermodynamischen Datenbasis für Actinide, langlebige Spaltprodukte und Matrixelemente mit Relevanz für Langzeitsicherheitsanalysen zur Endlagerung hochradioaktiver wärmeproduzierender Abfälle. Das Projekt adressiert den Temperaturbereich bis 90°C, und vorrangig Systeme bei niedrigen oder mittleren Ionenstärken. Angesichts der existierenden Lücken sowie der relativ kurzen Projektlaufzeit ist ein signifikanten Wissenszuwachs wurde ein integriertes Konzepts mit vier strategischen Komponenten entwickelt: (I) Systematische Anwendung von Schätzmethoden für thermodynamische Daten und Modellparameter; mit nachgeschalteter geochemischer Modellierung von Referenzsystemen. (II) Experimentelle Validierung dieser Vorhersagen (III.) Untersuchungen zum verbesserten Prozessverständnis der Actinidenchemie. (IV) Finale kritische Evaluation der Schätzmethoden für Belange der Langzeitsicherheitsanalysen und Ableitung noch notwendiger Experimente für thermodynamisch unterbestimmte Systeme und relevante Prozesse. HZDR bearbeitet im Gesamtvorhaben folgende Arbeitspakete: AP1 Initialisierungsarbeiten, AP2 Schätzverfahren für thermodynamische Parameter bei höheren Temperaturen, AP3 Erarbeitung von thermodynamischen Daten zur Speziation der Actinide in wässrigen und festen Systemen, AP4 Quantenchemische Rechnungen, AP5 Bewertung von Schätzmethoden und AP6 Qualitätsmanagement / Dokumentation.
Das Projekt "Stabilität und Wechselwirkungen von synthetischen Nanopartikeln (ENP) in wässrigen Matrices (SIENA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engler-Bunte-Institut, Lehrstuhl für Wasserchemie und Wassertechnologie durchgeführt. Die Nanotechnologie hat sich als äußerst vielversprechend erwiesen, um neue Formen von Materialien herzustellen. Die sich ergebenden Eigenschaften der Nanoprodukte sind überzeugend. Dies führt zu einem starken Anstieg des Einsatzes von Nanomaterialien in der Industrie und in Produkten des täglichen Lebens (z. B. Katalyse, Nahrungsmittelindustrie, Oberflächenbehandlung, Körperpflegeprodukte und medizinische Anwendungen). Es ist davon auszugehen, dass ein nicht unerheblicher Teil der synthetischen Nanopartikel (engineered nanoparticles, ENP) schließlich in die Umwelt gelangt. Es ist jedoch wenig darüber bekannt, wie sich die ENP in wässrigen Systemen verhalten und welchen Einfluss sie auf die Umwelt haben. Daraus ergibt sich ein Konflikt: auf der einen Seite schreitet der Einsatz der ENPs immer weiter fort und birgt viele Vorteile, auf der anderen Seite steht ein noch nicht abschätzbares Risiko für Mensch und Umwelt. Um das Verhalten von ENP in der Umwelt richtig zu verstehen, müssen analytische Methoden identifiziert und weiterentwickelt werden, um die ENP zu charakterisieren und um ihre Wechselwirkung mit Umweltmatrices zu untersuchen. In diesem Zusammenhang ist es von großer Wichtigkeit, die Hauptinhaltsstoffe im Wasser wie Natrium, Calcium und die natürliche organische Substanz (NOM) zu berücksichtigen. NOM kommt in allen wässrigen Systemen vor. NOM kann die Eigenschaften von ENP hinsichtlich ihrer Stabilität, ihrer Wechselwirkungen mit Wasserinhaltsstoffen und ihres Transportverhaltens entscheidend beeinflussen. Besonders im Hinblick auf den Gesundheitsschutz des Menschen sind die Entfernung der Nanopartikel aus aquatischen Systemen sowie die damit verbundenen Aufbereitungsprozesse Schlüsselfragen, die gelöst werden müssen. Die Ziele dieses Projektes bestehen darin, ENP, ihre Stabilität und ihre Wechselwirkungen mit (natürlichen) organischen Stoffen in wässrigen Systemen zu charakterisieren. Dabei sollen typische Umweltmatrices (Oberflächenwässer, Grundwässer, Abwässer) und physikalisch-chemische Randbedingungen (pH-Wert, Ionenstärke) berücksichtigt werden. Das Verständnis des grundlegenden Verhaltens von ENP in der wässrigen Phase wird dazu beitragen, ihr Verhalten in der Umwelt und die sich daraus ergebenden Risiken besser zu verstehen sowie technische Systeme zur Entfernung von ENP aus der Wasserphase zu optimieren. Damit wird auch ein Beitrag zur umweltschonenden Produktion und Verwendung von ENP geleistet.
Das Projekt "Prüfung des Einflusses der Veränderung von Ionenstärke und Boden-/Lösungsverhältnis auf das Extraktionsverhalten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Profil Gesellschaft für Boden-, Umweltstudien und Datenanalysen GbR durchgeführt.
Das Projekt "Mobilität, Verhalten und Verbleib ausgewählter Nanomaterialien in verschiedenen Umweltmedien in Abhängigkeit von Form, Größe und Oberflächengestaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. durchgeführt. In dieser Studie wurden zwei verschiedene Fragestellungen bearbeitet. Die erste Untersuchung betraf die Entwicklung einer Prüfmethode zur Beurteilung der Stabilität von Beschichtungen auf TiO2-Nanopartikeln. Dazu wurden zwei verschieden funktionalisierte TiO2-Nanomaterialien untersucht, NM103 (Handelsname: UV Titan M262) mit einer Aluminiumoxid und einer hydrophoben Dimethicone Beschichtung und NM104 (Handelsname: UV Titan M212) mit einer Aluminiumoxid und einer hydrophilen Glycerin Beschichtung. Die Stabilität der Beschichtung wurde in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren, wie dem Energieeintrag zur Herstellung der Suspension und den Umgebungsbedingungen wie pH-Wert, Ionenkonzentration und dem gelösten organischen Kohlenstoff (DOC), getestet. Im zweiten Teil der Studie wurde die 'Carrier'-Funktion von P25 für Kupfer sowie 14C Triclocarban (TCC) in drei verschiedenen Bodenarten untersucht. Die Stabilität der Beschichtung der zwei beschichteten TiO2 Nanomaterialien wurde auf verschiedene Arten getestet: a) durch die quantitative Bestimmung des freigesetzten Beschichtungsmaterials, b) durch die quantitative Bestimmung des Beschichtungsmaterials auf dem Trägermaterial vor und nach dem Belastungstest sowie c) indirekt durch die Untersuchung der Änderungen im Verhalten der ENMs. Die Messergebnisse zeigen, dass die Dimethicone und Glycerol Beschichtungen größtenteils von der Oberfläche des Materials freigesetzt wurden. Die Aluminiumoxid-Schicht bleibt hingegen bei beiden ENMs intakt auf der Oberfläche. Des Weiteren wurde gezeigt, dass sowohl die Ionenstärke als auch die DOC Konzentration einen Einfluss auf das Zeta-Potential der ENMs haben. Speziell der Einfluss des DOC (hier Aldrich humic acid - AHA), welcher in dieser Studie zu einer (sterischen) Stabilisierung der ENMs führte, scheint für das weitere Verhalten in der Umwelt von Bedeutung zu sein. Im zweiten Teil dieser Studie wurde die Mobilität von Kupfer und TCC und der 'Carrier' Effekt von P25 auf diese Substanzen analysiert. Das P25 zeigte eine geringe Mobilität in den getesteten Böden und nur mittels REM / EDX konnte ein Transport vereinzelter P25 Agglomerate nachgewiesen werden. Tendenziell zeigten die mit P25 beaufschlagten Bodensäulen einen geringeren Transport der beiden Substanzen als die Säulen ohne P25 und können daher zur Ausbildung von Akkumulationsschichten im oberen Bodenbereich führen. Dieses ist bedeutsam für Bodenorganismen welche sich vornehmlich in diesen Schichten aufhalten, wie zum Beispiel Regenwürmer. Ökotoxikologische Untersuchungen mit Eisenia fetida, welche im Rahmen dieser Studie durchgeführt wurden, zeigten, dass, bei Anwesenheit von P25 mehr TCC in den Darm der Organismen aufgenommen wurde, dieses aber einen geringeren negativen Effekt zeigte. Nichtsdestotrotz wurde gezeigt, das ENMs hier speziell TiO2 einen Einfluss auf das Verhalten von Schadstoffen haben.
Das Projekt "Behandlung von Membrankonzentraten zur Entfernung neuartiger Spurenstoffe aus Abwasser - Elektrochemische Oxidation von Umkehrosmose-Konzentraten zum Abbau organischer Spurenstoffe (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Das Projekt befasst sich mit der elektrochemischen Oxidation von Umkehrosmose-Konzentraten (UOK) mittels Bor-dotierter Diamandanoden (BDD-Anoden) zur Entfernung organischer Spurenstoffe. Zur genauen Charakterisierung der bei der Oxidation relevanten Prozesse werden mittels unterschiedlicher Methoden die bei der Elektrolyse gebildeten Oxidantien identifiziert und - soweit möglich - quantifiziert. Die elektrochemischen Randbedingungen wie Stromdichte, pH, Ionenstärke, Auswahl der Elektroden werden derart optimiert, dass möglichst wenige toxikologisch relevante Oxidationsprodukte (OPs) gebildet werden. Dies gilt insbesondere für halogenierte Produkte, da diese in der Regel biologisch schwer abbaubar und auch toxikologisch relevant sind. Spezifische Summenparameter wie Summe der gebildeten halogenierten organischen Verbindungen (AOX) erlauben eine erste Einschätzung über die Bildung der toxikologisch relevanter OPs. Zur detaillierten Aufklärung der ablaufenden Prozesse wird gezielt die Transformation ausgewählter organischer Mikroverunreinigungen untersucht, indem die OPs mittels LS Tandem MS und NMR identifiziert werden. Hierzu werden auch solche Substanzen ausgewählt, für die bereits Informationen über deren Reaktionen mit O3 oder -OH beschrieben sind. Abschließend soll anhand von Labor-Batchversuchen mit Klärschlamm aus einer deutschen kommunalen Kläranlage geklärt werden, ob die identifizierten OPs biologisch abbaubar sind und somit eine möglichst vollständige Elimination bzw. Mineralisation zu erreichen ist. Eine erfolgreiche 'Detoxifizierung' der Membrankonzentrate mittels Elektrolyse wird die Verbreitung von Umkehrosmose und Nanofiltration zur Behandlung von Abwässern deutlich erhöhen. Die erzielten Ergebnisse werden in renommierten Zeitschriften wie 'Environmental Science and Technology' oder 'Water Research' veröffentlicht.
Das Projekt "Konkurrierende Diffusion geladener Grundwasserinhaltsstoffe in Festgesteinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Geowissenschaften, Abteilung Geologie durchgeführt. Der Transport gelöster Stoffe in geklüfteten Festgesteinen wird maßgeblich durch den diffusiven Stoffaustausch zwischen dem mobilen Kluft- und dem in der Regel immobilen Porenwasser der Gesteinsmatrix bestimmt. Die Diffusion stellt einen Retardationsprozess in Form einer Zwischenspeicherung und zeitlich stark verzögerten Freisetzung dar. Signifikante Veränderungen dieser Barrierefunktion konnten im Labor durch eine wechselseitige Beeinflussung der Diffusion ionarer Grundwasserinhaltsstoffe nachgewiesen werden. Ziel des Vorhabens ist es, den Einfluß der Ionenstärke auf effektive Diffusionskoeffizienten sowie die wechselseitige Beeinflussung der Diffusion ionarer Grundwasserinhaltsstoffe in hochporösen Kreidegesteinen zu quantifizieren. Existierende Abschätzverfahren zur Prognose effektiver Diffusionskoeffizienten sollen in Abhängigkeit von der Ionenladung der diffundierenden Stoffe sowie der Ionenaktivität in der gesamten wässrigen Phase erweitert werden. Das Vorhaben würde zu einer besseren stoff- und milieuspezifischen Prognose der Matrixdiffusion bzw. des Stofftransportes beitragen und könnte somit einen wesentlichen Beitrag bei der Bewertung von Umweltmaßnahmen in kontaminierten Festgesteinsstandorten leisten.
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