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Entwicklung eines Gesamtdemonstrators zur Vergaserkopplung für Kalamitätsholz mit einer SOFC zur Reduzierung von NOx und Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades, Teilvorhaben: Brennstoffzellentest

Der Wirkungsgrad und die katalytische Beeinflussung des elektro-chemischen Abbaus von Gift- und Schmutzstoffen in Wasser

Ausbeute-Bestimmung bei der Abwasser-(Abluft)-Reinigung und Trinkwassersterilisation durch anodische Oxidation.

Forschergruppe (FOR) 5095: Interaktionen von Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und Pathogenen in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem, Teilprojekt: Einfluss der Qualität des Bewässerungswassers und des Bodentyps auf das Boden- und Pflanzen-assoziierte Mikrobiom, die Abundanz, Diversität und Übertragungsfähigkeit von Antibiotikaresistenzgenen in Gram-positiven Bakterien

In vielen Teilen der Erde ist Abwasserbewässerung eine gängige Praxis. Bewässerung mit ungeklärtem Abwasser resultiert in der Akkumulation von Rückständen von Pharmaka und Desinfektionsmitteln in Böden. Wechsel von Bewässerung mit ungeklärtem zu geklärtem Abwasser ist in vielen Ländern im Gang, so auch im Mezquital Tal in Mexiko. Über die Dynamik der mikrobiellen und chemischen Kontaminanten sowie der Antibiotikaresistenz-Gene als Folge der Veränderung des Bewässerung-Regimes ist jedoch nur wenig bekannt. Wir postulieren, dass die Vorteile des Wechsels des Bewässerungsregimes auf Flächen, die für lange Zeit mit Abwasser bewässert wurden, in der Übergangsphase marginal sind, da 1.) der Wechsel des Bewässerungswassers Schadstoffe freisetzt, die sich im Boden akkumuliert haben, 2.) die Schadstoffkonzentrationen, die im ungeklärten bzw. geklärten Abwasser vorliegen bzw., die von den Böden freigesetzt und den Pflanzen aufgenommen werden, groß genug sind, um auf Antibiotikaresistenzbildung zu selektieren und Resistenzübertragung im Boden und in den Pflanzen zu induzieren und 3.) die Freisetzung der Schadstoffe und die damit verbundene Selektion für Antibiotikaresistenzen vom Bodentyp abhängt. SP 4 wird diese Hypothesen mit 3 verschiedenen Bodentypen, Leptosol, Phaeozem und Vertisol für häufig eingesetzte Antibiotika, die sich in Struktur und Wirkmechanismus unterscheiden, Sulfamethoxazol, Trimethoprim, Ciprofloxacin, Clindamycin, Erythromycin, Azithromycin und für Desinfektionsmittel, die zu den quaternären Alkylammoniumverbindungen gehören (Alkyltrimethylammonium-, Dialkyldimethylammonium- und Benzylalkylammonium-Verbindungen), in 3 gemeinsamen Versuchen in der Forschungsgruppe untersuchen. Wir werden den Einfluss von variierenden Schadstoffkonzentrationen auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und die Abundanz von pathogenen Gram-positiven Bakterien in ungeklärtem, geklärtem Abwasser, in Boden- und Pflanzenproben mit kulturunabhängigen Methoden (Kooperation mit SP 5) analysieren. Wir werden die Konzentrationen von Antibiotikaresistenz-Genen und konjugativen Plasmiden mit quantitativer real-time PCR in Abwasser, geklärtem Abwasser, Boden- und Pflanzenproben (Kooperation mit SP5) bestimmen, konjugative Resistenzplasmide von Gram-positiven pathogenen Bakterien sequenzieren (Kooperation mit SP 6) und ausgewählte Plasmide an SP 3 für „Minimale Selektive Konzentration“-Tests übergeben. Außerdem werden wir horizontale Transferraten für Antibiotikaresistenz-Gene zwischen Gram-positiven Bakterien in Abwasser-, Boden- und Pflanzenproben (Kooperation mit SP 5) mit einer von SP 4 entwickelten Methode ermitteln. Auf diese Weise liefert SP 4 mikrobielle und Resistenzdynamik-Daten für das von SP7 zu entwickelnde konzeptuelle und quantitative Modell und trägt zum ganzheitlichen Verständnis des Einflusses der Abwasserqualität auf die Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen und Antibiotika-resistenten Bakterien in Abwasserbewässerungssystemen bei.

Innovative Technologien zur Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft für PET-Schalen in der Lebensmittelverpackung, Teilvorhaben 4: Upscale des Laminierprozesses & Produktion im Industriemaßstab

Geruchsreduzierung als Schlüsseltechnologie für den Einsatz von rezykliertem Post-Consumer Polyethylen, Teilvorhaben 3: Optimierung der Druckfarbenzusammensetzung für ein geruchsneutrales Recycling

Künstliche Grundwasseranreicherung als Hybridverfahren als Adaptierungsstrategie für eine resistente und nachhaltige Grundwasserressource, Teilprojekt 2

Wissenschaftliche Begleitung eines naturnahen Verfahrens zur Behandlung der Regenabflüsse stark verschmutzter Verkehrsflächen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Sinnvolle Konzepte zur Regenwasserbewirtschaftung trennen die Regenabflüsse von gering und stark verschmutzten Flächen. Abflüsse von stärker verschmutzten Flächen bedürfen einer Behandlung, die den örtlichen Anforderungen an den Gewässerschutz entspricht. Die bestmögliche Reinigung und Zwischenspeicherung stärker verschmutzter Niederschlagsabflüsse ist die wesentliche Aufgabe eines Retentionsbodenfilters. Im Forschungsvorhaben sollte ein semizentraler Bodenfilter entwickelt werden, der mit geringem Flächenbedarf eine bestmögliche Reinigung stark verschmutzter Regenabflüsse von Verkehrsflächen leistet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem bisherigen Forschungsstand kommt bei der Adsorption von Inhaltsstoffen dem Bodensubstrat in den Bodenfilteranlagen eine entscheidende Rolle zu. Die Auswahl und Entwicklung eines geeigneten Substrates erfolgte in einem dreistufigen Vorgehen. Über einer Literaturrecherche wurden Anforderungen an Bodensubstrate zur Regenwasserreinigung formuliert. Daraufhin wurden in Schüttelversuchen verschiedene Substrate ausgewählt und ihre Adsorptionseigenschaften gegenüber Schwermetallen, PAKs und Mineralölen ermittelt. Ausgehend von diesen Vorversuchen wurden verschiedene Bodenfilteraufbauten entwickelt und in halbtechnischen Lysimetern untersucht. Dazu wurden die Lysimeter in einem einjährigen Messprogramm mit stark verunreinigten Straßenabflüssen belastet. Die Gesamtfrachten an Inhaltsstoffen im Zulauf zu den Lysimetern wurden ermittelt. An Einzelereignissen wurde die Reinigungsleistung der verschiedenen Bodenfilteraufbauten ermittelt. Die Lysimeter wurden mit einer hohen hydraulischen und somit auch stofflichen Belastung beaufschlagt, die über den bisher bei der Bemessung von Bodenfilteranlagen üblichen Belastungen lagen. Aus den Messergebnissen wurden Rückschlüsse für den Einsatz von Bodenfiltern mit hoher hydraulischer Belastung bei beengten Platzverhältnissen gezogen und Empfehlungen für die Bemessung gegeben. Über die Messung der aufgebrachten Feststoffbelastung und der Durchlässigkeit der Lysimeter wurde eine eventuell eintretende Kolmation der Bodensubstrate erfasst. Fazit: Die untersuchten halbtechnischen Bodenfilter (Lysimeter) führten im Untersuchungszeitraum zu einer deutlichen Reduzierung der straßenspezifischen Schmutzstoffe geführt. Aussagen über den Langzeitbetrieb können auch mit einem Stofftransportmodell nicht gemacht werden. Insgesamt führen adsorptionsstarke Substrate zu einem höheren Rückhalt gelöster Inhaltsstoffe (Schwermetalle). Die Empfehlung des ATV-DVWK-Merkblatt 153 zum Einsatz der Bodenfilter zur Straßenentwässerung kann nach den bisherigen Untersuchungen bestätigt werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Belastbarkeit der eingebauten Substrate gegenüber der Chloridbelastung, die bei der Straßenentwässerung als Regelfall anzusehen ist. ...

Substanzspezifische Isotopenanalytik zur Untersuchung des Abbaus von Spurenschadstoffen aus diffusen Einträgen in Grundwasservorkommen

Die Messung von Substanz-spezifischer Stabilisotopenfraktionierung in Grundwasserschadstoffen (Compound-Specific Isotope Analysis, CSIA) ist ein etablierter Indikator für Abbau stromabwärts von Kontaminationsquellen in Altlasten. Laufende Forschungsarbeiten konzentrieren sich darauf, diesen Ansatz nun auch für diffuse (d.h. nicht Punktquellen) Kontaminanten wie das Pestizid Atrazin im niedrigen µg/L bis sub-µg/L Konzentrationsbereich vorzuspuren. Hier bietet CSIA einen machtvollen Ansatz, Abbau sogar über Zeitskalen sichtbar zu machen, die sonst Untersuchungen gar nicht zugänglich wären, oder wenn fluktuierende Konzentrationen eine Abschätzung erschweren. Der Ansatz beruht auf der Beobachtung, dass sich Isotopenwerte von Atrazin während Biotransformation ändern und somit ein Konzentrations-unabhängiges Indiz für Abbau liefern. Für einen Durchbruch von Spurenschadstoff CSIA im Feld sind jedoch kritische methodologische Fortschritte nötig. (1) Niedrige Schadstoffkonzentrationen (sub-µg/L) in Grundwasser treten in Gegenwart viel höherer Konzentrationen (mg/L) von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) auf, was selektive und sensitive Spurenschadstoff CSIA stark limitiert. Mit Bakkours Expertise in selektiven Anreicherungs- und Aufreinigungstechniken zielen wir auf entscheidende Verbesserungen für empfindliche CSIA von Spurenschadstoffen in Grundwasserproben. (2) Isotopenfraktionierung in Laborexperimenten wird typischerweise bei viel höheren Konzentrationen (mg/L) als im Grundwasser (sub-µg/L) bestimmt. Mit Elsners Expertise in Chemostat und Fed-Batch Experimenten werden wir Isotopenfraktionierung von Atrazin im niedrigen Konzentrationsregime hinterfragen, als belastbare Basis für Feldinterpretationen. (3) Um als Indikator für Spurenschadstoffabbau zu dienen, müssen die Abbau-induzierten Änderungen in Isotopenwerten größer sein als die Bandbreite in kommerziellen Produkten. In Israel, wo Atrazin noch routinemäßig eingesetzt wird, werden wir daher in einer gemeinsamen Anstrengung Atrazinisotopenwerte (d13C, d15N) im Küstenaquifer analysieren und mit kommerziellen Atrazinprodukten vergleichen. (4) Um solche Isotopen-basierten Feldergebnisse kritisch zu hinterfragen, nutzen wir Bernsteins Expertise in mikrobiologischen Methoden der Hydrologie. Die vereinten Fortschritte werden es uns ermöglichen, die Anwendbarkeit von Spurenschadstoff CSIA für niedrige Konzentrationen im Grundwasser grundlegend zu erforschen.

Release of hexavalent chromium from ore processing residues and the potential of biochar for chromium immobilization in polluted soils

Chromium (Cr) is introduced into the environment by several anthropogenic activities. A striking ex-ample is the area around Kanpur in the Indian state of Uttar Pradesh, where large amounts of Cr-containing wastes have been recently illegally deposited. Hexavalent Cr, a highly toxic and mobile contaminant, is present in significant amounts in these wastes, severely affecting the quality of sur-roundings soils, sediments, and ground waters. The first major goal of this study is to clarify the solid phase speciation of Cr in these wastes and to examine its leaching behavior. X-ray diffraction and synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy techniques will be employed for quantitative solid phase speciation of Cr. Its leaching behavior will be studied in column experiments performed at un-saturated moisture conditions with flow interruptions simulating monsoon rain events. Combined with geochemical modeling, the results will allow the evaluation of the leaching potential and release kinetics of Cr from the waste materials. The second major goal is to investigate the spatial distribution, speciation, and solubility of Cr in the rooting zone of chromate-contaminated soils surrounding the landfills, and to study the suitability of biochar as novel soil amendment for mitigating the deleterious effects of chromate pollution. Detailed field samplings and laboratory soil incubation studies will be carried out with two agricultural soils and biochar from the Kanpur region.

Kontamination europäischer aquatischer Ökosysteme durch fluororganische Schadstoffe: Ausmaß und treibende Faktoren der Bioakkumulation im trophischen Netz

Süßwasserökosysteme sind weltweit am stärksten von der Belastung mit anthropogenen Schadstoffen betroffen. Das Hauptziel dieses Projektvorhabens ist es, die Anreicherung von klassischen und neuen organofluorierten Schadstoffen in aquatischen Ökosystemen und Nahrungsnetzen innerhalb Europas zu analysieren und die treibenden Faktoren für ihre Anreicherung in Fischen zu entschlüsseln. Unter Verwendung fortschrittlicher Analysetechniken werden mehrere Dutzend anthropogene Chemikalien in verschiedenen lotischen und lentischen Gewässern in der aquatischen Nahrungskette bestimmt. Die physiologische Bewertung in Kombination mit der chemischen Analyse von Schadstoffen in verschiedenen Biota (von Plankton bis zu Top-Prädatoren) und die Bestimmung ihrer trophischen Positionen im Nahrungsnetz mit Hilfe von stabilen Isotopenanalysen werden eine Bewertung des Biomagnifikationspotenzials in der Nahrungskette und des daraus folgenden Gesundheitsrisikos für den Menschen ermöglichen. Darüber hinaus werden die vorab ausgewählten Beprobungsstandorte einen Belastungsgradienten repräsentieren, um die treibenden Faktoren für die Bioakkumulation von organofluorierten Kontaminanten zu bestimmen und zu erforschen. Schließlich werden die europaweit gesammelten Daten mittels Redundanzanalyse dafür verwendet, die relevantesten Faktoren für den Transport ausgewählter Schadstoffe in der Umwelt und der Nahrungskette zu bestimmen.

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