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Verockerung geotextiler Filter in Deckwerken an Bundeswasserstraßen

Mittels Modellversuchen soll das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus zu untersuchen und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien oder entsprechende Bauweisen zu finden. Aufgabenstellung und Ziel Das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern an Bundeswasserstraßen sollte mit Modellversuchen untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus herauszuarbeiten und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien bzw. Deckwerke zu finden. Parallel dazu erfolgte an Wasserstraßen mit bekannter Verockerungsgefahr eine Analyse der Milieubedingungen, u. a. die chemische und biologische Analyse des Grundwassers und der Filter. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Filter gewährleisten in ungedichteten Wasserstraßen einen Druckaustausch zwischen Grundwasser und Gewässer bei gleichzeitiger Verhinderung eines Bodenaustrages in die Deckschicht bzw. in das Gewässer bei hydraulischen Belastungen durch Strömungen und Wellen infolge Schiffsvorbeifahrt. Vor allem in tidebeeinflussten Wasserstraßen (Ems, Weser) gab es Probleme infolge Verockerung der geotextilen Filter, die zu einer deutlichen Verringerung der Durchlässigkeit der Filtervliese und dadurch zu Blasenbildung (Titelbild) und Behinderungen der Schifffahrt (Verwickeln in Schiffsschrauben) führten. Unter anderem deshalb erfolgte ein teilweiser Ersatzneubau der Deckwerke an der Tideems unter Einsatz von Kornfiltern. Die alternative Bauweise mit Kornfiltern ist deutlich unwirtschaftlicher als die Verlegung von geotextilen Filtern. Die Verbesserung des Verständnisses der Verockerung von Filtern liefert damit einen wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung dauerhafter Deckwerksbauweisen. Untersuchungsmethoden Die Bearbeitung des Themas erfolgte im Rahmen eines Forschungsverbundes der BAW mit der FH Münster und der RWTH Aachen. Dafür wurden folgende Arbeitsschritte abgearbeitet: - Literaturrecherche, Methodenentwicklung und Untersuchung von Insitu-Prozessen - Bestimmung und Qualifizierung der maßgeblichen Verockerungsparameter und Einflüsse - Planung der physikalischen Modellversuche - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an geotextilen Filtern - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an mineralischen Filtern - Untersuchung von Maßnahmen zur Reduktion der Verockerung - Erarbeitung einer Handlungsempfehlung

Bio-adsorber aus Brauereireststoffen zur Schwermetallionenabtrennung

Grundwasserwärmepumpen

Die Gewinnung von oberflächennaher Erdwärme erfolgt u. a. über Grundwasserwärmepumpen. Für eine Grundwasserwärmepumpe werden zwei Bohrungen, der sogenannte Förder- und Schluckbrunnen im Abstand von mindestens 15 m abgeteuft. Üblicherweise werden in den Brunnen Filterohre sowie Kies und Tonabdichtungen eingebaut, die das Versanden bzw. Zusetzen durch Feinpartikel verhindern. Die Tiefe der Bohrung richtet sich nach der Höhe des Grundwasserspiegels aus dem das Grundwasser durch den Förderbrunnen gepumpt und zur Wärmepumpe gefördert wird. Um die Effizienz der Grundwasserwärmepumpe zu gewährleisten sollte die Tiefe der Brunnen 15 m nicht maßgeblich überschreiten. Nach dem Wärmeentzug durch die Wärmepumpe wird das geförderte Wasser über einen Schluckbrunnen dem Grundwasser zurückgeführt. Bei der Nutzung des Grundwassers als Wärmequelle müssen die gesetzlichen Vorschriften des Gewässerschutzes unbedingt beachtetet werden. Zudem muss das Grundwasser eine bestimmte Qualität aufweisen, um eine Verockerung der Brunnen zu vermeiden. Dargestellt sind die im Bayerischen Bodeninformationssystem erfassten Grundwasserwärmepumpenbohrungen. Diese umfassen sowohl die Förder- als auch die Schluckbrunnen. In den Kurz- und Detailinformationen zu den Grundwasserwärmepumpen werden neben ausgewählten Stammdaten unter anderem Informationen zum Grundwasser, zur Tiefenlage der Gesteinsschichten, Gesteinsansprache nach DIN 4023 und Stratigrafie aufgeführt. Diese Daten können bei der Datenstelle des Bayerischen Landesamtes für Umwelt nach Prüfung der datenschutzrechtlichen Bestimmungen kostenpflichtig (entsprechend der Umweltgebührenordnung) bestellt werden.

Auswirkungen der Konditionierungsanlagen im Zulauf der Talsperre Spremberg auf den Fischbestand und die Mollusken

Zielstellung: In der Talsperre Spremberg und vor allem in der Vorsperre Bühlow wird ein Großteil der Eisenfracht der Spree durch Sedimentation zurückgehalten. Um die Sedimentationsgeschwindigkeit und den Eisenrückhalt in der Vorsperre zu erhöhen, werden Kalkmilch und ein Flockungshilfsmittel vor der Vorsperre eingeleitet. Vor dem Beginn der Wasserkonditionierung sollte eine Vorabschätzung zu möglichen Auswirkung der Flockungsmittel Weißkalkhydrat in Kombination mit dem Flockungshilfsmittel Koaret PA 3230 T auf den Fischbestand in der Talsperre Spremberg erfolgen. In einem weiteren Schritt wurde ein Monitoring der Jungfisch-, Benthos- und Großmuschelbestände im Rahmen der FFH-Verträglichkeitsprüfung für die Ausbringung von Flockungsmitteln in der Talsperre Spremberg begonnen. Ergebnisse: Die fachliche Vorabschätzung der möglichen Auswirkungen der Flockungsmittel Weißkalkhydrat in Kombination mit dem Flockungshilfsmittel Koaret PA 3230 auf den Fischbestand der Talsperre Spremberg (LEWIN & RÜMMLER, 2015) ergab, dass die ausgebrachten Mengen der Stoffe weit unterhalb kritischer Grenzwerte liegen und somit von keinen negativen Einflüssen auf den Fischbestand ausgegangen werden kann. Die Untersuchungen des Makrozoobenthos ergaben gegenüber dem Vorjahr einen Anstieg der Bodentierdichte um das Dreifache. Ein Einfluss der Intensität der Eisenockerbildung auf die Benthosdichte konnte nicht festgestellt werden. Im Jahr 2015 war somit eine deutlich bessere Nahrungsgrundlage für eine Vielzahl von Fischarten vorzufinden als im Jahr 2014. In der Talsperre Spremberg wurden die drei Großmuschelarten Gemeine Teichmuschel, Malermuschel und Große Flussmuschel mit abschnittsweise hohen Besiedlungsdichten vorgefunden. Aus diesem Grund ist die Talsperre als schützenswerter und bedeutender Großmuschellebensraum in Südbrandenburg einzustufen. Es zeigte sich jedoch auch, dass vor allem die schwankenden Wasserstände und die Eisenockerablagerungen das Vorkommen oder Fehlen von Großmuscheln deutlich beeinflussten. Die Untersuchung des Gesamtfischbestandes ergab, dass 2015 bei gleicher Artenanzahl teilweise andere Fischarten als im Vorjahr in den Fängen auftraten. Der erhöhte Diversitätsindex zeigte eine gegenüber 2014 gesteigerte Artenvielfalt des Fischbestandes. Der Einheitsfang mit den benthischen Stellnetzen, als relatives Maß für die Bestandsgröße, war 2015 um das Dreifache größer als 2014. Die Ergebnisse der Elektrofischerei und der Stellnetzfischerei bestätigten ein natürliches Jungfischaufkommen von 11 der 13 nachgewiesenen Fischarten. Ausnahmen davon bilden Aal und Döbel. Somit konnte anhand der durchgeführten Untersuchungen kein negativer Einfluss auf die natürliche Reproduktion der nachgewiesenen Fischarten festgestellt werden. Zusammenfassend konnte kein direkter negativer Zusammenhang zwischen dem Betrieb der Konditionierungsanlage und den derzeitigen Fisch-, Benthos- und Großmuschelbeständen in der Talsperre Spremberg festgestellt werden.

Monitoring der Fischfauna in der Spree oberhalb und unterhalb der Abwassereinleitung der ABA I und II

Zielstellung: Ziel des Projektes ist die Untersuchung des Einflusses der Einleitung der ABA I und II auf den lokalen Fischbestand der Spree mittels Elektrofischerei über drei Jahre. Material und Methoden: 2014 wurde die erste Fischbestandserfassung mittels Elektrofischerei in der Spree stromaufwärts und -abwärts der Abwassereinleitung (ABA I und II) am Industriepark Schwarze Pumpe durchgeführt. Parallel zur Befischung wurden wichtige Wasserparameter, die Uferstruktur und der Substrattyp aufgenommen. Ergebnisse: 2014 wurden die 13 Fischarten Aal, Barsch, Bitterling, Blei, Döbel, Giebel, Güster, Hasel, Hecht, Plötze, Rotfeder, Ukelei und Wels in wenigen Exemplaren nachgewiesen. Barsch und Plötze waren am häufigsten, von den anderen Arten wurden Einzelexemplare gefangen. Oberhalb der Klärwerkseinleitung wurden weniger Fische und Fischarten nachgewiesen als unterhalb. Auch war der Anteil der Stillwasserarten dort höher. Diese Unterschiede dürften weniger mit der Einleitung als vielmehr mit dem Wehr in Verbindung stehen, das sich direkt oberhalb der Einleitung befindet und unterschiedliche Umweltbedingungen in den Teilstrecken verursacht. Insgesamt entsprach der Fischbestand in Abundanz und Artenzusammensetzung weder oberhalb noch unterhalb der Einleitung der Fischgemeinschaft, die in einem natürlichen Gewässer dieser Fließgewässerregion zu erwarten wäre. Eine wesentliche Beeinträchtigung für die Fischfauna dürfte auch von der in diesem Abschnitt der Spree stark ausgeprägten 'Verockerung' ausgegangen sein.

Bestandserhebungen der Fischfauna in ausgewählten, durch Bergbau beeinflussten Fließgewässern des Landes Brandenburg

Zielstellung: Im Zusammenhang mit partiell bereits festgestellten Beeinträchtigungen der Fließgewässer durch Bergbau-'Abwässer' und/oder Meliorationen (Eisenocker, Versauerung) war im Jahr 2014 an 42 vorgegebenen Messstellen in 28 Fließgewässern Brandenburgs eine Erfassung der Fischfauna durchzuführen und anhand dieser der aktuelle ökologische Gewässerzustand zu bewerten. Zusätzlich waren eine Aufnahme physikalisch-chemischer Wasserparameter sowie eine schriftliche und fotografische Dokumentation der morphologischen und strukturellen Gegebenheiten der Messstellen gefordert. Material und Methoden: Die Befischungen erfolgten nach standardisierter Methodik (fiBS; Elektrofischerei) im Zeitraum August - Oktober 2014. Ergebnisse: Es wurden insgesamt 27.075 Individuen gefangen und 28 Fischarten nachgewiesen. Die erhobenen Daten waren messpunktspezifisch ebenfalls gemäß fiBS zu bewerten und in die Datenbank des LUGV zu integrieren. In Form eines Abschlussberichts wurden die Ergebnisse sowohl im Überblick als auch detailliert dargestellt und mittels Fotodokumentation untersetzt. Insgesamt befanden sich 45 % der untersuchten Fließgewässer in einem schlechten, 26 % in einem unbefriedigenden, 19 % in einem mäßigen und 10 % in einem guten ökologischen Zustand. Hauptursache für die überwiegend schlechten und unbefriedigenden ökologischen Gewässerzustände dürfte hier neben der eingeschränkten ökologischen Durchgängigkeit, strukturellen Defiziten und einer intensiven Gewässerunterhaltung vor allem die starke Verockerung vieler Fließgewässerabschnitte als Folge des Grundwasseranstiegs in den Regionen des ehemaligen Braunkohlebergbaus sein.

Teilprojekt 7: Dokumentation & Bestimmungsbuch^Mikrobielle Verockerung^Teilprojekt 6: Untersuchung der Abhängigkeit zwischen dem Auftreten mikrobieller Verockerung und den hydrochemischen und betrieblichen Eigenschaften von Trinkwasserbrunnen^Teilprojekt 4: Wirksamkeit von Maßnahmen zur Vermeidung und Entfernung mikrobiell vermittelter Brunnenverockerungen^Teilprojekt 5: Untersuchung der Abhängigkeit zwischen dem Auftreten mikrobieller Verockerung und den hydrochemischen und betrieblichen Eigenschaften von Trinkwasserbrunnen^Teilprojekt 8: Wirksamkeit des Comprex-Verfahrens zum Entfernen von Verockerungen aus Rohwasser- und Brunnenleitungen sowie Steigleitungen, Teilprojekt 3: Einnistung, Persistenz und Bekämpfung hygienisch relevanter Mikroorganismen in verockerten Brunnen

Grundwässer können durch äußere Kontamination, zum Beispiel in Folge von Starkregen, Über­schwemmungen oder raschen Kurzschlüssen mit Oberflächengewässern mit hygienisch relevanten Mikroorganismen verunreinigt werden. Beim Transport im Grundwasser können solche Mikroorganismen Brunnen der Trinkwassergewinnung erreichen. Liegt dort eine Inkrustierung vor, meist in Form von Eisen(III)-oxiden bzw. -oxyhydroxiden (Brunnen­verockerung), wird den Organismen eine sehr große und poröse Oberfläche zur Ansiedlung geboten. Ziel des Projektes ist die Klärung folgender Fragen: - Kann bei Vorliegen einer Verockerung diese Matrix als Lebensraum dienen? - Können sich hygienisch relevante Mikroorganismen einnisten, halten, vermehren? - Und wenn ja, wie können diese am wirksamsten und nachhaltigsten bekämpft werden? Hierzu werden Realproben verockerter Brunnen auf das Vorkommen hygienisch relevanter Mikroorganismen untersucht, wobei neben Kulturmethoden vor allem auch kultur­un­ab­hängige Verfahren (FISH, PCR-basierte Methoden) eingesetzt werden. In Laborsystemen soll die Verockerung nachgestellt werden und durch definierte Beauf­schlagung mit den Zielorganismen (Escherichia coli, intestinale Enterokokken, coliforme Bakterien, Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas spp.) deren Einnistung, Persistenz und mögliches Wachstum untersucht werden. Die Effektivität von Sanierungsverfahren, speziell unter Einsatz von Wasserstoffperoxid, soll geprüft werden.

Mikrobielle Verockerung^Teilprojekt 8: Wirksamkeit des Comprex-Verfahrens zum Entfernen von Verockerungen aus Rohwasser- und Brunnenleitungen sowie Steigleitungen, Teilprojekt 7: Dokumentation & Bestimmungsbuch

Teilprojekt 7: Dokumentation & Bestimmungsbuch^Mikrobielle Verockerung^Teilprojekt 6: Untersuchung der Abhängigkeit zwischen dem Auftreten mikrobieller Verockerung und den hydrochemischen und betrieblichen Eigenschaften von Trinkwasserbrunnen^Teilprojekt 5: Untersuchung der Abhängigkeit zwischen dem Auftreten mikrobieller Verockerung und den hydrochemischen und betrieblichen Eigenschaften von Trinkwasserbrunnen^Teilprojekt 8: Wirksamkeit des Comprex-Verfahrens zum Entfernen von Verockerungen aus Rohwasser- und Brunnenleitungen sowie Steigleitungen, Teilprojekt 4: Wirksamkeit von Maßnahmen zur Vermeidung und Entfernung mikrobiell vermittelter Brunnenverockerungen

Teilprojekt 2: Identifizierung bakterieller Indikatorspezies und Prozesscharakterisierung^Teilprojekt 3: Lasergestützte Brunnenvermessung mittels digitaler Bildverarbeitung^Teilprojekt 1: Mineralogisch-biochemische Wechselwirkungen und Steuerungssysteme^KMU-innovativ - BRUNNTEC: Entwicklung und Erprobung einer Technologie für die automatischen Erkennung von Ablagerungsprozessen in Trinkwasserbrunnen zur nachhaltigen Brunnenbewirtschaftung, Teilprojekt 4: Überwachung der Brunnen und Optimierung der Regenerationszyklen

Wissenschaftliche/technische Arbeitsziele des Vorhabens: 1. Gewinnung neuer Erkenntnisse über relevante mikrobielle Indikatoren und den biochemischen Verlauf von Verockerungsprozessen in Brunnen 2. Entwicklung eines Prototyps zur lasergestützten automatischen in situ-Vermessung des Brunneninnenraumes für das Monitoring von Ablagerungsprozessen und den technischen Brunnenzustand 3. zentrale Erfassung und Auswertung aller anfallenden Analysedaten des routinemäßigen und für die Zielstellung des Projektes erweiterten Brunnenmonitorings 4. Optimierung der Steuerung und Betriebsweise von Trinkwasserbrunnen zur Verkürzung von Regenerierungszyklen für eine nachhaltige und kosteneffizientere Trinkwassergewinnung. Zum Abschluss des Projektes wird eine Bewertung der erreichten Projektziele nach technischen und betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten durchgeführt. Arbeitspakete (AP) AP 1: Bestandsaufnahme und Erstellung des Monitoringprogrammes AP 2: Erfassung der mikrobiologisch-hydrochemischen Prozesse AP 3.1: automatische Vermessung des Brunneninnenraumes AP 3.2: Aufbau des Datenmanagementsystems AP 4: Ableitung des Steuerungsmodells AP 5: Realisierung AP 6: Bewertung der Projektumsetzung

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