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Forschungsinitiative Zukunft Bau - Forschungscluster 'Nachhaltiges Bauen/Bauqualität', Entwicklung von Handlungsempfehlungen für praxisgerechte Lüftungskonzepte und eines CO2-Berechnungstools

Bei der Weiterentwicklung des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB) bzw. des BNB-Kriteriensteckbriefs 'Innenraumlufthygiene' wurde für den Aspekt 'Kohlendioxidgehalt' eine Lücke an praxisorientierten Planungsinstrumenten und Bewertungsgrundlagen für Räume erkannt, die teilweise oder ausschließlich über Fenster be- und entlüftet werden. Dies gilt insbesondere für Räume mit hohen Personenzahlen wie beispielsweise Unterrichtsräume und Besprechungszimmer. Hieraus erwächst der Bedarf an Informationen und anschaulichen Handlungsempfehlungen zu funktionierenden Lüftungskonzepten sowie einem transparenten CO2-Berechnungstool als Planungs- und Bewertungsinstrument im Sinne des Nachhaltigen Bauens. Ausgangslage: Um den zukünftigen Anforderungen an ganzheitlich optimierte Gebäude gerecht zu werden, hat das Bundesbauministerium für Bundesgebäude den Leitfaden Nachhaltiges Bauen und das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB) entwickelt; er ist seit Oktober 2013 für Bundesbauten verpflichtend und wurde zuletzt 2017 überarbeitet. Hinsichtlich der Innenraumlufthygiene werden im Kriterium BNB 3.1.3 insbesondere Verunreinigungen der Innenraumluft durch Schadstoffe aus Bauprodukten und durch Kohlendioxidemissionen der Raumnutzer betrachtet. Weiterhin werden die mikrobiologische und die geruchliche Situation thematisiert. Die abgestufte Bewertung der CO2-Konzentration des Kriteriensteckbriefs BNB 3.1.3 orientiert sich an den Raumluftqualitätsklassen der DIN EN 13779 und berücksichtigt die Anforderung der Arbeitsstättenrichtlinie ASR A3.6 'Lüftung' und den AIR-Richtwert, wonach eine CO2-Konzentration von 1.000 ppm als 'hygienisch unbedenklich' gilt. Für die Bewertung der CO2-Konzentration wird auf folgende Normen bzw. Rechenansätze verwiesen: - Luftvolumenströme durch offene Fenster nach DIN EN 15242 - CO2-Konzentration im Raum nach Recknagel/Sprenger bzw. nach VDI 6040-2. Fachdiskussionen und Praxiserfahrungen zeigen, dass insbesondere bei Räumen mit einer hohen Personenzahl Probleme hinsichtlich des Kohlendioxidgehalts in der Innenraumluft und ggf. des thermischen Komforts aufgrund nicht optimaler Raumlüftung bestehen. Das betrifft insbesondere die Fensterlüftung und die hybride Lüftung, aber auch die mechanische Lüftung. Die Einhaltung der Anforderungen aus der 2012 neu eingeführten Arbeitsstättenrichtlinie ASR A3.6 'Lüftung' ist für diese Räume mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, vor allem unter gleichzeitiger Berücksichtigung des thermischem Komforts und der Nutzerfreundlichkeit. (Text gekürzt)

Abbau von hohen Nitratgehalten in vorwiegend anorganisch belasteten Abwaessern

Zahlreiche Industrieabwaesser weisen einen hohen Gehalt von anorganischen N-Verbindungen auf. Diese muessen vor Einleitung in den Vorfluter beseitigt werden, da sie sowohl fuer die Gewaesser-Biologie (Eutrophierung) als auch fuer die Trinkwassergewinnung Probleme aufwerfen. Hierfuer kommen in erster Linie mikrobiologische Verfahren in Frage: verschiedene Bakterien koennen Nitrat unter aneroben Bedingungen zu N2 reduzieren, das als Gas entweicht (Denitifikation); Ammonium kann von sog. Nitrifikanten zu Nitrat unter aeroben Verhaeltnissen oxidiert werden, das dann anschliessend (wie o. erwaehnt) zu N2 reduziert werden kann. - Ziel des Projektes ist es, diese Prozesse mit belasteten Abwaessern unter Verwendung besonders geeigneter Bakterien zu untersuchen. Dabei sollen die einzelnen Parameter zunaechst im Labormasstab (und zwar im kontinuierlichen Betrieb) ermittelt werden. Fuer die Denitrifikation sollen Thiobacillen eingesetzt werden, deren Verwendung besonders praktisch und oekonomisch ist, da sie keine organische C-Quelle benoetigen.

Hochleistungs-Flüssigchromatograph mit Tandem-Ionenfallen-Flugzeit-Massenspektrometer

Organische Spurenverunreinigungen und insbesondere deren Wirkungen rücken immer mehr in den Focus der Forschung. Rückstände von Pestiziden und Pharmaka werden inzwischen in allen Umweltkompartimenten bis hin zu Nahrungsmitteln, Trinkwasser und auch in menschlichen Geweben gefunden. Die Wirkungen solcher Stoffe sind jedoch bisher nur sehr wenig untersucht. Wirkungen werden auf Ökosystemebene, vor allem bei Wasserorganismen, aber auch bereits auf der Ebene von Vertebraten- und humanen Zellen gefunden. Besonders Besorgnis erregend ist die Feststellung synergistischer Effekte von Stoffen, die einzeln in Konzentrationen deutlich unterhalb der Wirkschwelle vorliegen. Die neu gegründete Fakultät 2 der BTU hat sich deshalb die Erforschung von Umweltverhalten und gesundheitlicher Auswirkungen solcher Verbindungen zum Ziel gesetzt. Ein besonderes Problem bei der Betrachtung von Wirkungen der Spurenstoffe stellen Metabolite und Abbauprodukte dieser Substanzen dar. Von zahlreichen Verbindungen ist das Verhalten in der Umwelt bisher kaum bekannt. Dies liegt häufig auch daran, dass bisher geeignete Analyseverfahren für die Verfolgung von Abbaumechanismen im Spurenbereich fehlen. Der LS 'Biotechnologie der Wasseraufbereitung' beschäftigt sich beispielsweise mit dem Umweltverhalten phosphororganischer Verbindungen. Der gegenwärtig bekannteste Vertreter dieser Stoffgruppe ist das Totalherbizid Glyphosat. Obwohl diese Verbindungen in großen Mengen nicht nur in der Landwirtschaft, sondern auch in der Industrie und vor allem im Haushalt verwendet werden, ist über das Umweltverhalten und vor allem über den Abbau der meisten Substanzen nur sehr wenig bekannt. Dies liegt u.a. an der äußert komplizierten Analytik, die bisher nur über LC/MS/MS oder LC/ICP-MS gelingt und nur von sehr wenigen Laboren in Deutschland beherrscht wird. Die Identifikation vieler Metaboliten scheitert bisher am Fehlen geeigneter Gerätetechnik und Methoden. Das beantragte LC/MS-IT-TOF-Gerät vereinigt erstmals die gute Empfindlichkeit des Ion-Trap mit der Massengenauigkeit der Time-Flow-Technik. Dieses Gerät besitzt somit die besten Voraussetzungen für die Identifikation von Substanzen im Spurenbereich und stellt eine wichtige Ergänzung von bereits vorhandenen Techniken wie GC/MS, LC/MS und NMR, sowie hoch effizienter Methoden und Verfahren zur Anreicherung von organischen Verbindungen dar. Es wird erwartet, dass mit Hilfe der neuen Technik völlig neue Einblicke in Umweltverhalten und Wirkungen von solchen Spurenstoffen gewonnen werden können, die bisher nicht oder nur unzureichend analysiert werden können. Mit der neuen Geräteausstattung werden dabei auch die Umwelt- und Gesundheitsforschung weiter verknüpft.

Totalabbau von halogenierten Kohlenwasserstoffen (GSF-Programm 77 991)

Pruefung und Anwendung der an Modellverbindungen des Abbauweges der Ortho-Spaltung aufgestellten Struktur-Persistenz-Korrelation chlorierter Kohlenwasserstoffe (GSF-Projekt 3740) bei fluorierten Kohlenwasserstoffen sowie bei halogenierten Kohlenwasserstoffen in Gegenwart zusaetzlicher Nichthalogensubstituenten. Erarbeitung von Grundlagen zur Zuechtung und Konstruktion neuer Bakterienstaemme fuer den Totalabbau von halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen.

Entwicklung mikrobiologisch-toxikologischer Testverfahren zur Bestimmung der Schadwirkung von wassergefaehrdenden Stoffen und Industrieabwasser

Quantitative mikrobiologisch-toxikologische Testverfahren zur Erfassung der beginnenden Schadwirkung wassergefaehrdender Stoffe und Industrieabwaesser auf Modellorganismen der biologischen Selbstreinigung.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Einfluss von Landnutzungsintensität auf Methanumsetzende Mikroorganismen in Grünland- und Waldböden

Methan (CH4) ist, neben CO2 das zweitwichtigste Treibhausgas (GHG). Die aktuelle atmosphärische Methankonzentration steigt seit 2007, vermutlich aufgrund von anthropogenem Einfluss bedingt durch intensivierte landwirtschaftliche Lebensmittelproduktion, stark an. Eine wichtige Aufgabe wird es zukünftig sein, die heutige Intensität der Landwirtschaft produktiv, aber auch gleichzeitig klimaneutral zu gestalten um dem Lebensmittelbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung zu entsprechen. Zwei fundamental unterschiedliche Gruppen von Prokaryoten sind für den CH4 Umsatz in Böden verantwortlich. Methanotrophe Bakterien (MOB) wirken durch die Oxidation von atmosphärischem CH4, und von CH4, das durch methanogene Archaea im Boden produziert wurde bevor es die Atmosphäre erreicht, als biologische Filter. Derzeit ist nicht geklärt, inwieweit sich Unterschiede in der Landnutzungsintensität auf die funktionelle Diversität und die Aktivität dieser im Methanzyklus wichtigen Mikroorganismengruppen auswirken. Erste Untersuchungen zeigen einen negativen Effekt von hoher Nutzungsintensität auf die Methanaufnahme von gut belüfteten Grünlandböden. Allerdings ist wenig bekannt über den Einfluss der Landnutzungsintensität auf die räumliche und zeitliche Dynamik methanotropher und methanogener Bodenmikroorganismen. Wir haben ein interdisziplinäres Konsortium aus Experten der Bodenkunde, der Mikrobiologie und der Metagenomik mit komplementären Expertisen zu bodenbürtigen Treibhausgasen, methanotrophen und methanogenen Prokaryoten zusammengestellt. Durch die Kombination von aktuellen Methoden wollen wir die Biodiversitätsexploratorien als ideale Plattform nutzen, um die Frage zu beantworten, inwieweit Landnutzungsintensität die funktionelle Diversität und Aktivität von Methanumsetzenden Mikroorganismen beeinflusst.Die zugrundeliegenden Hypothesen wollen wir in zwei Arbeitspaketen (WP) überprüfen. Innerhalb von WP1 wollen wir untersuchen, welche Auswirkungen die Landnutzungsintensität von Grünland und Waldflächen auf die Methanflüsse und die Abundanz und Diversität von methanotrophen Bakterien (quantitative PCR) hat, und inwieweit dies von Umweltfaktoren abhängt. In WP2 wollen wir die jahres- und tageszeitliche Dynamik der Aktivität von methanogenen und methanotrophen Prokaryoten (mittels Metatranskriptomik und Methanfluss Messungen) untersuchen, und inwieweit diese durch Grünlandnutzungsintensität beeinflusst wird. Hierbei wird unser Fokus auf dem Vergleich auf Grünlandflächen auf wasserbeeinflussten Histosolen und gut durchlüfteten Leptosolen liegen. Unser Projekt BE-CH4 wird zu dem dringend benötigten Wissen um den Einfluss von Grünland- und Waldnutzungsintensität auf die räumliche und zeitliche Dynamik von den Methanfluss aus, und in Böden bedingenden Mikroorganismen beitragen.

Mikrobiologische Probleme bei der Kreislaufschliessung des Wassers in Papierfabriken

Zur Herstellung von Papier werden groessere Mengen an Wasser benoetigt. Sowohl die Beschaffung des Frischwassers als auch die Beseitigung des Abwassers stossen auf zunehmende Schwierigkeiten. Eine Moeglichkeit zur Loesung dieses Problems besteht in der wiederholten Verwendung des Fabrikationswassers in einem geschlossenen Kreislauf. Dieses Verfahren stoesst jedoch auf verschiedene Probleme, die z.T. durch die starke Vermehrung von Mikroorganismen hervorgerufen werden. In dieser Studie wurde die Mikroorganismen-Flora eines geschlossenen Kreislaufs analysiert. Es zeigte sich, dass es zu einer Massenentwicklung von anaeroben Bakterien kommt, von denen Bifidobakterien den groesseren Teil bilden. Entsprechend wies das Wasser auch signifikante Mengen von Stoffwechselprodukten dieser Bakterien auf, die gaschromatographisch identifiziert wurden (versch. organische Saeuren).

Untersuchungen zur Oekologie der Schimmelpilze in Boeden und Komposten

Qualitativer und quantitativer Nachweis von Pilzarten in verschiedenen Substraten: Torf, Muellkompost und dergleichen. Taxonomie von Pilzen, besonders von Thermophilen, aus extremen Standorten.

Zusammenfassende Darstellung der Kenntnisse ueber Crenothrix polyspora COHN und eigene Untersuchungen

In der Arbeit wurden die Faelle des gehaeuften Auftretens von Crenothrix polyspora zusammengefasst, die morphologischen Untersuchungen erneut aufgenommen und durch elektronenmikroskopische Aufnahmen von dritter Seite ergaenzt. Ferner wurden weitere Beobachtungen zur Beschreibung des Mikroorganismus gegeben und letztlich wird auf die Moeglichkeit zur Kultur von Crenothrix eingegangen. Unter natuerlichen Bedingungen findet eine Massenvermehrung von Crenthrix polyspora dann statt, wenn sich ein durch das Eindringen von abbaubarer organischer Substanz sauerstofffrei gewordenes Grundwasser mit sauerstoffreichem und somit nitrathaltigen Wasser anderer Herkunft mischt. Diese Mischung tritt ein, wenn das Wasser fuer die Trinkwassergewinnung an die Oberflaeche gepumpt wird. Die sich insgesamt abspielenden chemischen und mikrobiologisch-chemischen Reaktionen sind in den Abbildungen 44a, b, c, zusammengefasst. Sie reichen insgesamt gesehen jedoch nicht aus, um die Bedingungen der Massenvermehrung von Crenothrix polyspora praezise zu definieren.

Bodenmikrobiologische Untersuchungen waehrend der Umstellungsphase eines Betriebes von konventioneller auf alternative Wirtschaftsweise

Auf einem Betrieb, der 1980 auf biologisch-dynamische Wirtschaftsweise umgestellt wurde, werden Boeden zweimal jaehrlich auf ihre Aktivitaet untersucht. Folgende Methoden kommen dabei zur Anwendung: Gesamtkeimzahl, Azotobacterkeimzahl, Atmung, Dehydrogenaseaktivitaet, Zellulosezersetzung (seit 1985 Katalase und alk. Phosphatase). Eine Veraenderung der Aktivitaeten auf den einzelnen Standorten wurde bis jetzt nicht festgestellt.

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