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A2, A3, C1, C4 - Teilprojekte

Das Projekt "A2, A3, C1, C4 - Teilprojekte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung gemeinnützige GmbH durchgeführt. Durch die BMBF-Initiative für eine nachhaltige und wettbewerbsfähige deutsche Wasserwirtschaft ist der Verbund 'Exportorientierte FuE auf dem Gebiet der Wasserver- und Entsorgung. Teil I: Trinkwasser' entstanden. Erfahrungen der Wasserforschung sollen in Deutschland gebündelt und für andere Bedingungen (z.B. Klima, Rohwasser, Infrastruktur, Soziales) exportfähig gemacht werden. Hier beantragte Teilprojekte (TP) des Verbundes: Kernprojekt A: Optimierung und Erweiterung des Einsatzbereichs von Langsamsandfiltern TP A2: Optimierung und Erweiterung des Einsatzes von Langsamsandfiltern durch spezielle Auflageschichten und Betriebsweisen TP A3: Charakterisierung der mikrobiellen Besiedlung in Langsamsandfiltern im Hinblick auf eine Optimierung des Betriebsverhaltens Kernprojekt C: Technische Verfahren für eine exportorientierte Aufbereitung eutropher und abwasserbelasteter Rohwässer zu Trinkwasser TP C1: Ultra- und Mikrofiltration zur direkten und vorbehandlungsminimierten Aufbereitung von stark belasteten Rohwässern TP C4: Einsatz von chelatbildenden Kationenaustauscherharzen bei der Aufbereitung von mit toxischen Schwermetallen belasteten Rohwässern zu Trinkwasser.

Raman-Mikroskop mit Laser-Tracking

Das Projekt "Raman-Mikroskop mit Laser-Tracking" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Umweltmikrobiologie und Biotechnologie (UMB) durchgeführt. Ziel unserer Arbeiten ist der Schutz der Wasserressource Grundwasser. Dazu wollen wir die ökologischen Prozesse aufklären, die zu Schadstoffabbau führen oder auch Abbau von organischen Schadstoffen limitieren. Das Ramanmikroskop wird benötigt um Stoffumsätze und metabolische Prozesse von Mikroorganismen auf der Einzelzellebene untersuchen und abbilden zu können. Damit soll eine neue Ebene von ökologischen Studien ermöglicht werden, bei der die phylogenetische Klassifizierung von Mikroorganismen mit Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) mit der Aktivitätsanalyse durch Einbau stabiler Isotope (13C, 2H) in Biomasse kombiniert werden kann. Mit diesen innovativen Methoden sollen Kohlenstoffflüsse durch mikrobielle Gemeinschaften auf der Einzelzellebene analysiert werden. Weiterhin kann allgemeine metabolische Aktivität gemessen werden. Damit sollen z.B. in Biofilmen oder sonstigen mikrobiellen Gemeinschaften aktive Zellen identifiziert werden. Dieses kann unspezifisch über den Einbau von deuteriertem Wasser oder spezifisch durch Einbau von 13C in die Biomasse nach Abbau von 13C-markierten Substanzen erfolgen. Bisher wurden Abbauprozesse hauptsächlich in größeren Skalen untersucht, wobei aber wichtige Schlüsselprozesse und Limitationen zwangsläufig übersehen wurden. Wir wollen diese Lücke mit neuen Einzelzelluntersuchungen füllen und Gesetzmäßigkeiten für den mikrobiellen Schadstoffabbau ableiten.

GRK 2043: Naturgefahren und Risiken in einer Welt im Wandel

Das Projekt "GRK 2043: Naturgefahren und Risiken in einer Welt im Wandel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Potsdam, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Angesichts sich wandelnder Randbedingungen in Umwelt und Gesellschaft werden sich die Häufigkeiten, Intensitäten und Auswirkungen von Naturgefahren ebenfalls ändern. Dies ist von besonderer Bedeutung für Regionen, in denen Risiken durch Naturgefahren bewältigt, gesteuert und gemindert werden müssen. Dafür möchte das Graduiertenkolleg 'Naturgefahren und Risiken in einer Welt im Wandel' (NatRiskChange) die Wissensgrundlage verbessern: Hauptziel ist es, Methoden zu entwickeln, die die Analyse, Quantifizierung und Vorhersage von transienten Gefahren und Risiken verbessern, indem Wissen und Methoden zwischen Systemanalyse, Geo- und Umweltwissenschaften sowie Risikoforschung aktiv ausgetauscht werden. Die mathematisch orientierten Wissenschaftler bringen statistische Methoden, insbesondere Bayessche Statistik, die Theorie der dynamischen Systeme mit einem Schwerpunkt auf nicht-linearen Prozessen und Chaos sowie Rekurrenzplots und andere innovative Methoden zur Analyse geophysikalischer Zeitreihen ein. Die Geo- und Umweltwissenschaften steuern hingegen für verschiedene Naturgefahren Wissen über zugrundeliegende Mechanismen und Prozesse des Wandels bei, inklusive regionaler Besonderheiten, Interaktionen zwischen Gefahren und Vulnerabilitäten. Diese interdisziplinäre Forschung von NatRiskChange begann im Oktober 2015 und wird durch ein Qualifizierungsprogramm in den Bereichen der Statistik, Daten- und Risikoanalyse begleitet. Lehrkonzept und Forschungsprogramm ergänzen sich gegenseitig und sind tief in der Expertise der teilnehmenden Institutionen aus Potsdam und Berlin verankert, um den Weg für neue Forschungsstränge zur Quantifizierung von Veränderungen in Geo-, Hydro- und sozio-ökologischen Systemen zu ebnen.

Gekoppeltes LC/GC-ICP-Massenspektrometer

Das Projekt "Gekoppeltes LC/GC-ICP-Massenspektrometer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Geologie, Professur für Hydrogeologie und Hydrochemie durchgeführt. 'Mit Hilfe der Kopplung von HPLC bzw. GC an eine ICP-MS können Fluide (Boden-, Grund-, Meer- Prozesswässer, Fluid Inclusions in Mineralen, Gase aus Schmelzen, vulkanische, atmosphärische und Biogase) auf ihre Inhaltsstoffe untersucht werden. Dabei können schwer-, mittel-, und leichtflüchtige organische und anorganische Komponenten analysiert werden. Der besondere Vorteil liegt in der chromatographischen Trennung in die jeweiligen Spezies und Komplexe umweltrelevanter Elemente gekoppelt mit einer hochsensitiven massenspektrometrischen Detektion. Die Verwendung des induktiv gekoppelten Plasmas vor der Massenspektrometrie ist dabei aussagefähiger für flüchtige organische Verbindungen als die Verwendung einer einfachen GC-MS, weil nicht 'zufällige Bruchstücke nach Massenzahlen identifiziert werden, sondern einzelne Elemente. Für die Identifizierung komplexer wässriger Spezies, z.B. As-S, As-U, U-P-Verbindungen etc., besticht die ICP-MS als Mulitelementmethode, da gleichzeitig eine Vielzahl von Elementen gemessen werden kann, deren Massenverhältnisse Aufschluss über ihren Anteil an der jeweiligen Spezies geben. Damit kann in begrenztem Umfang auch Strukturaufklärung unbekannter Spezies betrieben werden. Monitoring verschiedener Isotope eines Elements ermöglicht darüber hinaus die Interpretation von Fraktionierungsprozessen in den Proben.'

GRK 2360: Crossing Boundaries: Propagation Of In-Stream Environmental Alterations To Adjacent Terrestrial Ecosystems

Das Projekt "GRK 2360: Crossing Boundaries: Propagation Of In-Stream Environmental Alterations To Adjacent Terrestrial Ecosystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Institut für Umweltwissenschaften durchgeführt. Der Eintrag von Stoffen aus dem Umland in Gewässer ist gut untersucht. Der umgekehrte Prozess des Transports vom Gewässer (Quelle) auf das Land (Senke) in gekoppelten aquatisch terrestrischen Systemen ist hingegen wenig bekannt. In SystemLink untersuchen wir die bottom-up und top-down vermittelten Interaktionen in terrestrischen Systemen, die aus aquatischen Systemen unter dem Einfluss anthropogener Stressoren hervorgegangen sind. Wir betrachten Mikroschadstoffe (Fungizide und Insektizide) sowie invasive Arten (Uferpflanzen und Wirbellose) als Manifestationen von multiplem Stress in gestörten aquatischen Lebensraumen. Wir nehmen an, dass 1) invasive Arten und Insektizide top-down sowie 2) invasive Uferpflanzen und Fungizide bottom-up Effekte in terrestrischen Systemen hervorrufen. Wir testen diese generellen Annahmen und weitere spezifische Annahmen mithilfe gemeinsamer Experimente in replizierten aquatisch-terrestrischen Freilandmesokosmen (Standort-Skala) sowie Topf-Experimenten (Batch-Skala), Freilandstudien (Landschafts-Skala) und über Modelle. Alle experimentellen Ansätze leiten sich aus der Multistress-Situation im Freiland ab. In zahlreichen Einzelprojekten werden mehrere Skalen in Kombination betrachtet, um Ursache-Wirkungs-Beziehungen herausarbeiten und die Umweltrelevanz der Ergebnisse prüfen zu können. Insgesamt strebt SystemLink eine Stärkung des Wissens zur Effekttranslation über Ökosystemgrenzen hinweg an. In integrativer Betrachtung wird die relative Bedeutung biogeochemischer Stoffflüsse und biologischer Systemvernetzungen quantifiziert und so oftmals getrennt betrachtete Forschungsbereiche besser vernetzt. Das Qualifizierungsprogramm basiert auf drei Säulen: Erstens arbeiten Forschungsteams von zwei bis vier Promovierenden an zusammenhangenden Fragestellungen, ihre Kooperation druckt sich in gemeinsamen Präsentationen und Publikationen aus. Zweitens wird ein fast-track Programm talentierte Schülerinnen oder Schuler in ihrer Karriere vom Gymnasium bis zur Promotion unterstutzen. Drittens erhalten alle Promovierenden ein auf ihre individuellen Bedürfnisse zugeschnittenes Forschungs- und Kursprogramm. Die Antragstellerinnen und Antragsteller von SystemLink wurden gezielt berufen, um sich fachlich im beantragten Forschungsfeld zu ergänzen. Ihre Kooperation ist die Basis des interdisziplinaren Forschungsbereichs 'Umwelt' als einer von drei Profilbereichen der Universität Koblenz-Landau.

GRK 366: Grenzflächenphänomene in aquatischen Systemen und wässrigen Phasen

Das Projekt "GRK 366: Grenzflächenphänomene in aquatischen Systemen und wässrigen Phasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engler-Bunte-Institut, Lehrstuhl für Wasserchemie und Wassertechnologie durchgeführt. Ziel des Graduiertenkollegs ist die breite Klärung von stofflichen Vorgängen, die in wässrigen Systemen unter Einbeziehung von Grenzflächen ablaufen. Die Untersuchungen richten sich sowohl auf Gewässer und ihre technische Nutzung als auch auf die Technologie wässriger Phasen. Es werden Systeme mit anorganischen, organischen und biologischen Komponenten bearbeitet. Zu den unterschiedlichen Erscheinungsformen der Grenzflächenphänomene und den Blickrichtungen, unter denen sie erfaßt werden, gehören Fällungs-, Lösungs- und Dispersionsreaktionen, Sorptionsvorgänge, die Interaktion von Partikeln bei der Koagulation im natürlichen und im technischen Bereich, die an festen Oberflächen ablaufenden Redoxprozesse und photochemisch induzierte Reaktionen zum Abbau von Schadstoffen sowie der Stofftransport durch biologische Membranen. Abgesehen von der Erweiterung des methodischen Repertoires soll aus der multidisziplinären Betrachtungsweise für die Beteiligten ein vertieftes Systemverständnis erwachsen.

Hochleistungs-Flüssigchromatograph mit Tandem-Ionenfallen-Flugzeit-Massenspektrometer

Das Projekt "Hochleistungs-Flüssigchromatograph mit Tandem-Ionenfallen-Flugzeit-Massenspektrometer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Umwelttechnik, Lehrstuhl Biotechnologie und Wasseraufbereitung durchgeführt. 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.

GRK 546: Endokrin wirksame Substanzen des Abwassers - Eliminierung, Bilanzierung und Bewertung

Das Projekt "GRK 546: Endokrin wirksame Substanzen des Abwassers - Eliminierung, Bilanzierung und Bewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Aachener Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik durchgeführt. Ziel des Graduiertenkollegs AGEESA ist die Ermittlung der Wirkungsweisen verschiedener Verfahren bei der Elimination endokrin wirksamer Stoffe aus kommunalen Abwässern und die entsprechende Leistungsverbesserung gegenüber konventionellen biologischen Kläranlagen. Da in konventionellen mechanisch-biologischen Kläranlagen die in niedrigen Konzentrationen vorkommenden endokrin wirksamen Stoffe nur unzureichend entfernt werden können, sollen innovative Verfahren auf ihre Rückhalte- und Eliminationsfähigkeit hin untersucht werden. Schwerpunkt der Forschung von AGEESA soll der Einsatz von Membranverfahren in der biologischen Stufe der Abwasserreinigung sein. Im Vergleich zu herkömmlichen Belebungsverfahren können dabei höhere Belebtschlammkonzentrationen und ein höheres Schlammalter erzielt werden, was einen verbesserten Abbau persistenter Stoffe wie der 'endocrine disrupters' verspricht. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass beim Einsatz von Membranverfahren auf eine Nachklärung verzichtet werden kann, da die Biomasse durch Mikro- oder Ultrafiltrationsmembranen zurückgehalten wird.Ein weiterer Forschungsansatz besteht in der Entwicklung von Antikörper-Biofiltern, bei denen die hohe Affinität von immobilisierten Antikörperproteinen ausgenutzt wird. Ergänzt wird dieses Projekt durch die Entwicklung entsprechender chemischer Spurenanalytik sowie biologischer Wirktests.

Versuchs- und Messstand für biotechnologische Prozesse

Das Projekt "Versuchs- und Messstand für biotechnologische Prozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Mit dem Großgerät werden die zu untersuchenden abwasser- und abfalltechnischen Bioprozesse ganzheitlich betrachtet und alle Stoffströme (Gas, Wasser, Feststoffe) vollständig und unter realen Prozessbedingungen bilanziert. Kinetische Parameter werden für unterschiedliche Substrate und Hemmstoffe ermittelt, die dann Eingang in die mathematische Modellierung finden. Mit den gewonnenen Ergebnissen sollen ferner die Prozessmodellierung inklusive deren Kalibrierung und Validierung weiterentwickelt werden. Durch den Einsatz des Großgerätes wird ein erheblicher Erkenntnisgewinn erwartet, der dazu genutzt werden soll, neue und innovative Prozesse im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit und Grenzen schneller zu erfassen und im Hinblick auf eine Life-Cycle-Analysis zu bewerten. Damit können auch langwierige Versuche an halbtechnischen Anlagen und Pilotanlagen auf wenige Fragestellungen begrenzt werden und es können durch parallele Versuche Zeiten und Kosten eingespart werden. Das für die Verfahrensentwicklung notwendige Upscaling lässt sich ebenfalls erheblich verkürzen.

Experimentelle Wirt-Parasit Ko-Evolution in einer sich verändernden Umwelt

Das Projekt "Experimentelle Wirt-Parasit Ko-Evolution in einer sich verändernden Umwelt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie, Professur für Limnologie (Gewässerökologie) durchgeführt. Parasiten sind Organismen, die auf Kosten anderer leben und wachsen. Sie vermindern damit unter anderem das Wachstum, die Fortpflanzung oder Lebensdauer ihrer Wirte. Allgemein bezeichnet man diese Verminderung als Virulenz. Parasiten unterliegen wie ihre Wirte einem ständigen Wandel, der durch Anpassungen der Immunabwehr des Wirts und der Infektionsstrategien des Parasiten gekennzeichnet sind und als Koevolution bezeichnet werden. Diese Koevolution kann durch Umweltfaktoren wie Temperatur sowie weitere Organismen beeinflusst werden. Während es schon zahlreiche Untersuchungen zum Einfluss von akutem Hitzestress gibt, sind Studien über den permanenten Einfluss noch rar. Mit meiner Arbeit sollte sowohl der akute als auch der permanente Einfluss von Temperaturanstieg und Hitzestress auf eine Parasit-Wirtsbeziehung untersucht werden. Ich habe die Anpassung des Parasiten und die Virulenz an Hitzestress mit klassisch experimentellen und mathematisch/statistischen wie auch mit molekularen Methoden betrachtet. Ich konnte zeigen, dass ein akuter Hitzestress schädlicher für meinen Parasiten als den Wirt ist. Allerdings kann der Parasit sich an permanenten Hitzestress anpassen, aber auch seinem Wirt weniger Schaden zufügen. Damit sichert der Parasit sein Überleben. In einem zweiten Experimentkomplex habe ich verschiedene Infektionsversuche durchgeführt, um den Einfluss der Wirtsdichte und anderen Parasitenarten auf die Virulenz und damit die Verbreitung des Parasiten zu untersuchen. Dabei konnte ich zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen der Parasit weniger Schaden verursachen und die Fähigkeit zu infizieren verlieren kann. Somit ist der Parasit an die Verbreitung des Wirts gebunden. Zum ersten Mal konnten damit bestehende theoretische Daten experimentell belegt werden. Desweiteren beeinflussen verschiedene Parasitenarten in ihrer Infektionsleistung gegenseitig. Diese Untersuchungen tragen zum Verständnis von Beziehungen zwischen Arten bei und ermöglichen uns eine Abschätzung der Änderung von Virulenz und Koevolution von Parasiten und ihren Wirten. Diese Arbeit trägt damit zur Aufklärung der Entwicklung von bestimmten Parasit-Wirtsbeziehungen in unserer heutigen sich ständig wandelnden Umwelt bei.

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