Im Zuge der industriellen Entwicklung hat die Einleitung von Schadstoffen in die Gewässer immens zugenommen. Neben ihrem Vorkommen im Wasser findet eine fortwährende Anreicherung der Gewässerböden mit Schadstoffen, wie z.B. Schwermetallen und Chlorierten Kohlenwasserstoffen, statt. Ablagerung im Sediment Im Stoffkreislauf eines Gewässers bilden die Sedimente ein natürliches Puffer- und Filtersystem, das durch Strömung, Stoffeintrag/-transport und Sedimentation starken Veränderungen unterliegt. Die im Ballungsraum Berlin vielfältigen Einleitungen, häusliche und industrielle Abwässer, Regenwasser u.a. fließen über die innerstädtischen Wasserwege letztlich vorwiegend in die Unterhavel. Die seenartig erweiterte Unterhavel mit ihrer niedrigen Fließgeschwindigkeit bietet ideale Voraussetzungen dafür, daß sich die im Wasser befindlichen Schwebstoffe hier auf dem Gewässergrund absetzen (sedimentieren). Für die Beurteilung der Qualität des gesamten Ökosystems eines Gewässers kommt daher zu den bereits seit Jahren analysierten Wasserproben immer stärker auch der Analyse der Sedimente besondere Bedeutung zu. Sedimentuntersuchungen spiegeln gegenüber Wasseruntersuchungen unabhängig von aktuellen Einträgen die langfristige Gütesituation wider und stellen damit eine wesentlich bessere Vergleichsgrundlage mit anderen Fließgewässern dar. Während bei Wasseruntersuchungen eine klare Abgrenzung zwischen dem echten Schwebstoffgehalt und einem zeitweiligen Auftreten von Schwebstoffen durch aufgewirbelte Sedimentanteile nicht möglich ist, bieten sich Sedimente als nicht oder nur gering durch unerwünschte Einflüsse beeinträchtigtes Untersuchungsmedium an. Die im Gewässer befindlichen Schweb- und Sinkstoffe mineralischer und organischer Art sind in der Lage, Schadstoffpartikel anzulagern (Adsorption). Die auf dem Grund eines Gewässers abgelagerten Schweb- und Sinkstoffe, die Sedimente, bilden somit das Reservoir für viele schwerlösliche und schwerabbaubare Schad- und Spurenstoffe. (Schad-)Stoffe werden im Sediment entsprechend ihrer chemischen Persistenz und den physikalisch-chemischen und biochemischen Eigenschaften der Substrate über lange Zeit konserviert. Die Analysen der Sedimentproben aus unterschiedlichen Schichttiefen liefern eine chronologische Aufzeichnung des Eintrages in Gewässer, die u. a. auch Rückschlüsse auf Kontaminationsquellen erlauben. Nach der Sedimentation kann ein Teil der fixierten Stoffe u. a. durch Desorption, Freisetzung nach Mineralisierung von organischem Material, Aufwirbelung, Verwitterung und schließlich durch physikalische und physiologische Aktivitäten benthischer (bodenorientierter) Organismen wieder remobilisiert und in den Stoffkreislauf eines Gewässers zurückgeführt werden. Schwermetalle Schwermetalle können auf natürlichem Weg, z. B. durch Erosion und Auswaschungsprozesse, in die Gewässer gelangen; durch die oben erwähnten Einleitungen wurde ihr Gehalt in den Gewässern ständig erhöht. Sie kommen in Gewässern nur in geringem Maße in gelöster Form vor, da Schwermetallverbindungen schwer löslich sind und daher ausfallen. Mineralische Schweb- und Sinkstoffe sind in der Lage, Schwermetallionen an der Grenzflächenschicht anzulagern. Sie können ferner in Wasserorganismen gebunden sein. Über die Nahrungskette werden die Schwermetalle dann von höheren Organismen aufgenommen oder sinken entsprechend der Fließgeschwindigkeit eines Gewässers als Ablagerung (Sediment) auf den Gewässergrund ab. Einige Schwermetalle sind in geringen Mengen (Spurenelemente wie z.B. Kupfer, Zink, Mangan) lebensnotwendig, können jedoch in höheren Konzentrationen ebenso wie die ausgesprochen toxischen Schwermetalle (z. B. Blei und Cadmium) Schadwirkungen bei Mensch, Tier und Pflanze hervorrufen. Die in den Berliner Gewässersedimenten am häufigsten erhöhte Meßwerte aufweisenden Schwermetalle werden nachstehend kurz beschrieben. Kupfer ist ein Halbedelmetall und wird u.a. häufig in der Elektroindustrie verwendet. Die toxische Wirkung der Kupferverbindungen wird in der Anwendung von Algiziden und Fungiziden genutzt. Kupfer ist für alle Wasserorganismen (Bakterien, Algen, Fischnährtiere, Fische) schon in geringen Konzentrationen toxisch und kann sich daher negativ auf die Besiedlung und Selbstreinigung eines Gewässers auswirken. Als wichtigstes Spurenelement ist Kupfer für den menschlichen Stoffwechsel von Bedeutung; es führt jedoch bei erhöhten Konzentrationen zu Schädigungen der Gesundheit, die in der Regel nur vorübergehend und nicht chronisch sind. Wie Kupfer ist Zink in geringen Mengen ein lebenswichtiges Element für den Menschen. Zink wird u.a. häufig zur Oberflächenbehandlung von Rohren und Blechen sowie zu deren Produktion verwendet. Ähnlich wie Kupfer haben erhöhte Zinkkonzentrationen toxische Wirkung auf Wasserorganismen; vor allem in Weichtieren (Schnecken, Muscheln) reichert sich Zink an. Blei gehört neben Cadmium und Quecksilber zu den stark toxischen Schwermetallen, die für den menschlichen Stoffwechsel nicht essentiell sind. Bleiverbindungen werden z. B. bei der Produktion von Farben und Rostschutzmitteln sowie Akkumulatoren eingesetzt. Teilweise befinden sich in Altbauten auch noch Wasserleitungen aus Blei. Der größte Bleiemittent ist – trotz starkem Rückgang des Verbrauchs von verbleitem Benzin – immer noch der Kraftfahrzeugverkehr. Die ständige Aufnahme von Blei kann zu schweren gesundheitlichen Schädigungen des Nervensystems und zur Inaktivierung verschiedener Enzyme führen. Cadmium wird bei der Produktion von Batterien, als Stabilisator bei der PVC-Herstellung, als Pigment für Kunststoffe und Lacke sowie in der Galvanotechnik verwendet. Die toxische Wirkung von Cadmium bei bereits geringen Konzentrationen ist bekannt, wobei das Metall vor allem von Leber, Niere, Milz und Schilddrüse aufgenommen wird und zu schweren Schädigungen dieser Organe führen kann. Pestzide, PCB und deren Aufnahme durch Aale Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) haben an ihrem Kohlenstoffgerüst Chlor gebunden. Innerhalb der Gruppe der halogenierten Kohlenwasserstoffe finden sie die bei weitem meiste Herstellung, Anwendung und Verbreitung. Chlorierte Kohlenwasserstoffe sind wegen ihrer vielfältigen Verbindungen sehr zahlreich. Viele organische Chlorverbindungen, wie z.B. DDT und insbesondere die polychlorierten Biphenyle (PCB), weisen eine hohe Persistenz auf. Viele Verbindungen der Chlorierten Kohlenwasserstoffe sind im Wasser löslich, andere, wie z. B. DDT und PCB, sind dagegen fettlöslich und reichern sich im Fettgewebe von Organismen an. Verschiedene Pestizide und PCB haben – vor allem mit abnehmender Wasserlöslichkeit – die Eigenschaft, sich adsorbtiv an Schwebstoffen oder auch an Pflanzenorganismen anzulagern. In strömungsarmen Bereichen des Gewässers sinken die Schwebstoffe ab und gelangen mit den Schadstoffen auch in das Sediment. Die hier lebenden Organismen sind eine wichtige Nahrungsgrundlage für Fische. Vorwiegend die benthisch lebenden Fische vermögen daher hohe Schadstoffkonzentrationen im Fettgewebe aufzunehmen. Vor allem die fettreich werdenden Aale fressen Bodenorganismen und graben sich im Sediment ein. Diese Lebensweise führt dazu, Pestizide und PCB nicht nur über die Nahrung, sondern auch über die Haut aufzunehmen und im Körperfett zu speichern. DDT, Dichlor-Diphenyl-Trichlorethan, ist ein schwer abbaubarer Chlorierter Kohlenwasserstoff, der zu den bekanntesten Schädlingsbekämpfungsmitteln gehört und früher weltweit eingesetzt wurde. Aufgrund der fettlöslichen Eigenschaften und der äußerst hohen Persistenz wird DDT vornehmlich in den Körperfetten nahezu aller Organismen gespeichert. Die globale Anwendung von DDT hat so zu einer Belastung der gesamten Umwelt geführt. Inzwischen ist die DDT-Anwendung von fast allen Ländern gesetzlich verboten. DDT ist mutagen (erbschädigend) und steht in Verdacht, krebserregend zu sein. Lindan wird vor allem als Kontakt- und Fraßgift zur Schädlingsbekämpfung von Bodeninsekten und als Mittel zur Saatgutbehandlung verwendet. Lindan ist bei Temperaturen bis 30° C nicht flüchtig und weist eine geringe chronische Toxizität auf – ist dafür aber akut toxisch. Vergiftungserscheinungen können z. B. beim Menschen zu Übelkeit, Kopfschmerzen, Erbrechen Krampfanfällen, Atemlähmung bis hin zu Leber- und Nierenschäden führen. Zudem besitzt Lindan eine hohe Giftigkeit für Fische; es wird aber relativ schnell wieder ausgeschieden und abgebaut. PCB, polychlorierte Biphenyle, sind schwer abbaubare Chlorierte Kohlenwasserstoffe, die mit zu den stabilsten chemischen Verbindungen gehören. Wegen ihrer guten Isoliereigenschaften und der schlechten Brennbarkeit werden sie in Kondensatoren oder Hochspannungstransformatoren verwendet. Weitere Verwendung finden PCB bei Schmier-, Imprägnier- und Flammschutzmitteln. Verursacher des PCB-Eintrages in die Berliner Gewässer sind im wesentlichen der KFZ-Verkehr, die durch KFZ belastete Regenentwässerung sowie die KFZ- und Schrott-Entsorgung. In hohen Konzentrationen verursachen PCB Leber-, Milz- und Nierenschäden. Bei schweren Vergiftungen kommt es zu Organschäden und zu Krebs. Einige PCB-Vertreter unterliegen im Rahmen der gesetzlichen Regelungen seit 1989 Einschränkungen bei der Herstellung bzw. Verwendung (PCB-, PCT-, VC-Verbotsverordnung vom 18.7.89). Neben dem Nachweis erhöhter Werte im Wasser und in Sedimenten Berliner Gewässer wurden in den 80er Jahren bei Fischuntersuchungen lebensmittelrechtlich äußerst bedenkliche Konzentrationen von CKW, wie z. B. PCB und die Pestizide DDT und Lindan nachgewiesen. Dies führte im Westteil von Berlin nach Inkrafttreten der Schadstoff-Höchstmengenverordnung (SHmV vom 23. 3. 1988) zum Vermarktungsverbot für aus Berliner Gewässern gefangene Fische. Die seit dieser Zeit gefangenen Fische wurden der Sondermüllentsorgung zugeführt. Die Berufsfischerei führte im Auftrag des Fischereiamtes Berlin aufgrund eines Senatsbeschlusses Befischungsmaßnahmen durch, die durch gezielte Beeinflussung der Alterszusammensetzung eine Reduzierung der Schadstoffbelastung der Berliner Fischbestände bewirken sollten. Die intensive Befischung der Überständler hatte einen jüngeren, fett- und damit schadstoffärmeren Bestand zum Ziel; jüngere, fettärmere Fische enthalten weniger Anteile der lipophilen (fettliebenden) CKW, wie PCB, DDT, Lindan u.a. Infolge verschärfter Genehmigungsverfahren für potentielle Schadstoffeinleiter sowie insbesondere aufgrund des derzeitig verjüngten Fischbestandes konnte das Vermarktungsverbot im Mai 1992 aufgehoben werden.
Die vorliegende Studie ging der Frage nach, ob von diesen Stoffen eine Gefahr für das Grundwasser und die Böden der Waldökosysteme ausgeht. Eine besondere Aufmerksamkeit lag dabei auf hochgiftigen Chrom(VI)-Verbindungen, welche durch den Verbrennungsprozess in den Kremationsöfen in die Totenaschen eingetragen werden. Aufgrund der in Deutschland geltenden Gesetzeslage zur Totenruhe ist eine Analyse realer Kremationsaschen nicht zulässig. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Studie eine modellbasierte Datengrundlage über die stoffliche Zusammensetzung von Totenaschen erarbeitet. Auf der Grundlage dieser Informationen wurden die Schwermetalleinträge in Bestattungswäldern aus Urnen und aus atmosphärischer Deposition abgeschätzt und in Bezug zu den geltenden Vorsorgewerte der Bundesbodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV, 1999) bewertet. Weiterhin wurden Untersuchungen über das Verhalten von aschebürtigen Chrom(VI)-Verbindungen in den Unterböden von Bestattungswäldern durchgeführt um die Einflussfaktoren auf die Mobilität dieser Verbindungen zu identifizieren. Darüber hinaus wurde ein dreidimensionaler Modellierungsansatz erprobt um das Freisetzungsverhalten von problematischen Schwermetallverbindungen aus punktförmigen Quellen in Böden zu beschreiben und zu analysieren. Als Ergebnis der im Rahmen dieser Studie durchgeführten Untersuchungen wurden Handlungsempfehlungen für eine sichere Bewirtschaftung von Bestattungswäldern abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht
Sämtliche Arten von Schwermetallemissionen wie Blei, Cadmium, Zink oder Quecksilber, die Pflanzen und Tiere schädigen können. Schwermetalleinträge sind meist an Staubimmissionen (vgl. Wirkfaktor 6-6) gebunden, können in Einzelfällen aber auch auf andere Quellen zurückgehen (z. B. bleihaltige Munition). Schwermetallverbindungen oder andere Stoffe, die vorrangig endokrin bzw. hormonaktiv wirken, werden unter Wirkfaktor 6-8 (Endokrin wirkende Stoffe) gefasst. Chemikalien mit dem Einsatzzweck "Bekämpfung von Organismen" werden beim Wirkfaktor 8-3 (Pestizide) behandelt.
Das Projekt "Einfluss chronischer Schwermetallinhalation auf Alveolarmakrophagen und Immunsystem des Saeugetierorganismus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Aerosolforschung, Institutsteil Grafschaft durchgeführt. Cytologische und biochemische Untersuchung der Alveolarmakrophagen sowie Bestimmung der Serum-Immunglobuline der Immunreaktion auf Fremdkoerper an Ratten nach Langzeitexposition gegenueber Schwermetallsalzen und -oxiden.
Das Projekt "Physikalische, chemische und biologische Charakterisierung von organischen (insbesondere polaren organischen Verbindungen) und anorganischen Bestandteilen (Schwermetalle) in Hausbrand- und Kfz.-Emissionen und deren Beitrag zur Immission" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Fachbereich Humanmedizin, Universitätsklinikum Benjamin Franklin, Institut für Hygiene und Umweltmedizin durchgeführt. Chemische Charakterisierung der mutagen wirksamen organischen Luftinhaltsstoffe in unterschiedlich belasteten Regionen. Mutagenitaetsuntersuchungen insbesondere der polyzyklischen aromatischen Verbindungen (PAH) und deren nitrierte Verbindungen. Vergleich von Schadstoffemissionen (Hausbrand, Kfz) und der Immissionsbelastung in urbanen Ballungszentren.
Das Projekt "Moeglichkeiten der Begruenung schwermetallsalz-belasteter Halden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Landschaftspflege und Naturschutz durchgeführt. Die zunehmende Belastung unserer Umwelt wird u.a. durch Ablagerungen der Industrie verursacht, die Schwermetallsalze enthalten. Dabei gehen die Umwelbelastungen vor allem von vegetationslosen Deponien aus. Eine Begruenung der Halden wird aber dadurch erschwert, dass die Metallsalze pflanzentoxisch wirken. Aus diesen Gruenden werden in Zusammenarbeit mit der Fa. Sachtleben auf schwermetallsalzhaltigen Flotationssanden im Sauerland Versuche durchgefuehrt ueber a) Moeglichkeiten, die Wachstumsbedingungen derartiger Deponien durch verschiedene Bodenverbesserungsverfahren zu foerdern, b) Moeglichkeiten, geeignete Pflanzenarten zu finden, die fuer die Begruenung von unbehandelten und der durch die obigen Bodenverbesserungen veraenderten Schwermetallboeden geeignet sind. Nach den bisher vorliegenden Ergebnissen zeichnet es sich ab, dass vor allem Kombinationen von Bodenverbesserungsverfahren und geeigneten Pflanzenarten eine Begruenung ermoeglichen.
Das Projekt "Thermische Filterstaubentgiftung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Asea Brown Boveri Kraftwerke AG durchgeführt. Filterasche aus Elektrofiltern von Verbrennungsanlagen ist giftig, da loesliche Schwermetallverbindungen, sowie Dioxine und Furane enthalten sind. Bei der thermischen Filterstaubentgiftung von Asea Brown Boveri wird die Filterasche in einem elektrisch beheizten Ofen erhitzt. Dabei verschmilzt der sandaehnliche Filterstaub oberhalb von 1200 GradC zu einem Glas, das aus dem Ofen ausgetragen wird. Die Auslaugraten von diesem Glas liegen deutlich unter den Grenzwerten der Abwassernorm. Die Schwermetallverbindungen dampfen bei der hohen Temperatur ab und werden nach Quenchen mit viel Kaltluft auf einem Schlauchfilter abgeschieden. Eine Rueckgewinnung der Schwermetalle aus dieser Fraktion ist moeglich. Dioxine und Furane werden thermisch zerstoert und nicht wieder gebildet.
Das Projekt "Untersuchungen ueber die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Schwermetallhumat-Huminsaeure Komplexen und die Pflanzenverfuegbarkeit der in diesen Verbindungen enthaltenen Schwermetalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Agrikulturchemie durchgeführt.
Das Projekt "ElektroPapier - Entwicklung papierbasierter Elektroden für die mikrobielle elektrochemische Abwasserreinigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Graphit Kropfmühl GmbH durchgeführt. Für die Wirksamkeit der Abwasserbehandlung mittels eines bioelektrochemischen Systems ist die elektrisch leitfähige Ausstattung der papierbasierten, dreidimensionalen Elektroden von wesentlicher Bedeutung. Die resultierende maximale elektrische Stromdichte bzw. elektrische Leistung ist von den verwendeten Elektroden abhängig, die biokompatibel, mechanisch stabil in Wasser und gut elektrisch leitfähig ausgerüstet sein müssen. Herkömmliche kommerzielle Graphitprodukte haben jedoch Limitierungen der Verwendung als Füllstoff für Elektroden. So tritt Perkolation normalerweise erst bei hohen Füllgraden auf. Zudem schwächt die Einbringung des hydrophoben Graphits bei hohen Massenprozenten die strukturelle Integrität der Papiermatrix. Aus diesen Gründen ist das Ziel des Teilvorhabens, optimierte Graphittypen zu entwickeln, die eine möglichst gute Leitfähigkeit schon bei geringen Füllgraden bieten und/oder eine besser an die Papierfaser anbinden, um eine höhere mechanische Stabilität zu erreichen. Als zusätzliche Aufgabenstellung sollen mit den untersuchten Graphittypen sedimentationsstabile Dispersionen erzeugt werden, um für eine möglichst einfache Handhabung beim Papierproduzenten zu sorgen. Für die papierbasierte Elektrode sollen spezielle, optimierte Graphite eingesetzt werden. Von GK werden im AP 3 verschiedene Dispergierhilfsmittel sowie Dispergiermethoden eingesetzt. Dazu gehören: - Dispergierung mit starken Scherkräften (Ultraturrax, Mikrofluidizer) - Ultraschallunterstützte Dispergierung - Verwendung von Netzmitteln und Rheologieveränderern Im weiteren Verlauf des AP 3 soll durch eine Aufbringung funktioneller Gruppen auf dem Graphit oder durch Coating die Hydrophilie des Graphits erhöht und damit seine Anbindung an Papier verbessert werden. Dazu sollen verschiedene Methoden zum Einsatz kommen: - Partielle nasschemische Oxidation - Polarisierung durch Oberflächenbeschichtung mit Alkalimolybdaten und Phosphaten. - Plasma-Behandlung (Fa. Haydale als Unterauftrag).
Das Projekt "IBÖ-02: Bio-basierte Elektrolyten und Elektroden für Redox-Flow-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Das in diesem Projekt angestrebte Produkt ist eine bio-basierte Redox-Flow-Batterie. Redox-Flow-Batterien sind ein spezieller Batterietyp, der sich besonders dadurch auszeichnet, dass Leistung und Speicherkapazität unabhängig voneinander skalierbar sind. Aufgrund dieses Vorteils sowie der langen Lebensdauer, niedrigen Selbstentladungsrate, günstigen Kosten und flexiblen Auslegung wird diese Technologie als sehr vielversprechend für die Zwischenspeicherung von volatilem regenerativem Strom gesehen. Stand der Technik ist die sogenannte Vanadium-Redox-Flow-Batterie, die auf Elektrolyten mit Vanadiumsalzen basiert, die allerdings aufgrund der hohen Kosten, Korrosivität und Giftigkeit problematisch sind. Stattdessen sollen sie in diesem Projekt durch bio-basierte Elektrolyten ersetzt werden, die vorwiegend aus in Pflanzen vorkommenden redoxaktiven Verbindungen bestehen. Auch die Elektroden der Batterie sollen durch bio-basierte Materialien ersetzt werden, die durch Carbonisierung von Pflanzenfasern hergestellt werden. Die Sondierungsphase ist in drei Arbeitspakete aufgeteilt. Zunächst sollen Vorversuche durchgeführt werden, in denen wichtige Informationen zur technischen Realisierbarkeit der Produktidee gewonnen werden. Dazu werden elektrochemische Versuche an zum Einsatz in Redox-Flow-Batterien vorgesehenen biologischen Verbindungen durchgeführt. Parallel dazu wird eine umfangreiche Markt- und Konkurrenzanalyse durchgeführt, die auch die Schutzrechtssituation umfasst. Außerdem soll während der Sondierungsphase die Machbarkeitsphase geplant und geeignete Partner dafür gesucht werden.
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