Tätigkeitsbericht 2009 - wrh.tu-berlin.de · Standortkunde /Bodenschutz • Bodenkunde ... der Untergrundpassage stattfindenden Abbauprozesse ... (size exclusion chromatography -

Tätigkeitsbericht 2009

Inhalt • Das Fachgebiet Wasserreinhaltung

• Forschungsschwerpunkt „Wasser in Ballungsräumen“

• Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung

• Wasserchemie und Analytik

• Limnologie

• Publikationen, Dissertationen, Auszeichnungen

• Mitarbeiter im Jahr 2009

• Auftragsgeber und Kooperationspartner

Technische Universität Berlin Fachgebiet Wasserreinhaltung Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Sekr. KF 4 Straße des 17. Juni 135 10623 Berlin, Deutschland Tel.: ++49 (0)30 314-25058 Fax: ++49 (0)30 314-23313 Email: [email protected] http://www.wasserreinhaltung.de

Das Fachgebiet Wasserreinhaltung Das Fachgebiet Wasserreinhaltung am Institut für Technischen Umweltschutz ist in der Fakultät III für Prozesswissenschaften angesiedelt. Die Lehraufgaben des Fachgebiets richten sich überwiegend auf den Diplom-, Bachelor- und Master Studiengang Technischer Umweltschutz der TU Berlin aus, wo sie als Vertiefungs- und Hauptfach bzw. Schwerpunktfach angeboten werden. Die Lehrveranstaltungen umfassen die Naturwissenschaften des Wassers, die Technologien der Trink- und Abwasserreinigung und rechtliche Regelungen der Wasserwirtschaft. Ca. 10 – 20 Studierende fertigen pro Jahr ihre Diplomarbeit hier an. Jedes Jahr nehmen einige Studenten des Instituts für Technischen Umweltschutz an Austauschprogrammen (Erasmus) teil. Die Betreuung dieser Studenten und die Koordination des Austauschs obliegen dem Fachgebiet Wasserreinhaltung. Die Forschungsgebiete des Fachgebiets sind in folgenden Bereichen angesiedelt:

• Physikalisch-chemische und biologische Verfahren der Wasseraufbereitung und weitergehenden Abwasserreinigung zur Wasserwiederverwendung

• Chemische Wasseranalytik speziell zu polaren Schadstoffen sowie deren Verhalten

• Limnologische und ökologische Themenstellungen

• Entwicklung von Bewertungsverfahren für die Nachhaltigkeit in der Wasserwirtschaft

Wir freuen uns sehr, dass wir zwei neue Analysengeräte anschaffen können. a) Die DFG finanziert teilweise die Anschaffung eines LC tandem-MS. Diese Maßnahme erfolgt zusammen mit Prof. Kroh (Lebensmittelchemie und Lebensmittelanalytik), Prof. Kaupenjohann (Bodenkunde) und Prof. Rotard (Umweltchemie). b) Das BMBF hat ein MALDI-TOF/TOF im Rahmen eines Verbundprojektes mit Herrn Prof. Szewzyk (Umweltmikrobiologie) finanziert. Seit 2000 finanziert die TU Berlin nach Antrag des Fachgebietsleiters den fachbereichsübergreifenden Forschungsschwerpunkt (FSP) zum Thema „Wasser in Ballungsräumen – Methoden und Instrumente einer zukunftsfähigen Bewirtschaftung“: Am FSP sind ca. 20 Fachgebiete aus 5 Fakultäten beteiligt. Der FSP wurde 2008 als Innovationszentrum Wasser fortgeführt. Die Verlängerung des FSP-WIB ist in der Beantragung (Januar 2008) und wir sind zuversichtlich, dass dies gelingt. Das Netzwerk des FSP und das Fachgebiet kooperieren vor allem mit dem KompetenzZentrum Wasser Berlin (KWB gGmbH) und den Berliner Wasserbetrieben, wie auch mit internationalen und nationalen Forschergruppen. Seit 2004 ist Prof. Jekel Vorsitzender der Wasserchemischen Gesellschaft, einer Fachgruppe der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Das Büro der Gesellschaft wird von Frau Meingast am Fachgebiet geführt. Für die Erstellung dieser Broschüre danke ich allen beteiligten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Die folgenden Seiten stellen die Forschungsthemen vor, die weit überwiegend als Doktorarbeiten bearbeitet werden. Ich hoffe, dieser Tätigkeitsbericht gefällt dem Leser. Über Rückäußerungen würde ich mich sehr freuen. Berlin, im November 2009 Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Jekel

“Wasser in Ballungsräumen“ - Methoden und Instrumente einer zukunftsfähigen Bewirtschaftung Das Innovationszentrum "Wasser in Ballungsräumen" (FSP-WIB) ist eine fachbereichs-übergreifende Initiative der TU Berlin. Mehr als 20 Fachgebiete aus fünf Fakultäten bündeln ihre Aktivitäten in der Wasserforschung. Unter dem Motto "Methoden und Instrumente einer zukunftsfähigen Bewirtschaftung" kooperieren dabei Wissenschaftler aus den Natur-, Geistes-, Wirtschafts- und Ingenieurwissenschaften. Zahlreiche Fachdisziplinen mit erheblichen Forschungsleistungen zum Thema Wasser sind an der TU Berlin vorhanden. Neben dem Ausbau bestehender Kooperationen wird in Forschungsprojekten der Vernetzungsgrad der TU-Partner untereinander und mit externen Partner erhöht. Die stetig wachsenden Umweltprobleme urbaner Räume, die immer auch den Bereich Wasser tangieren, können nur durch gemeinsame Anstrengung der Beteiligten nachhaltig gelöst werden. Ziele und Schwerpunkte Übergreifende Ziele des Netzwerkes sind interdisziplinären Lösungen für eine nachhaltige und zukunftsfähige Wasserwirtschaft internationaler Ballungsräume. Hierbei schließt der Terminus Ballungsraum die Wasser- und Abwasserprobleme großer Städte als auch jene der angrenzenden ländlichen Gebiete (periurbaner Raum) mit ein. Der FSP-WIB kooperiert u. a. mit der Berliner Kompetenzzentrum Wasser gGmbH, den Berliner Wasserbetrieben (BWB) sowie mit klein- und mittelständigen Betrieben aus der Region Berlin / Brandenburg. Die Aktivitäten des FSP-WIB lassen sich in vier Kernbereiche unterteilen:

� Wasser- und Stoffkreisläufe in natürlichen und technischen Systemen � Problemstoffe, Analytik und Verhalten in Wasser und Boden � Organisation, Planung und Bewertung wasserwirtschaftlicher Maßnahmen � Wissenstransfer und internationale Kooperationen

Beteiligte Fachgebiete Angewandte Geophysik • Dynamik und Betrieb technischer Anlagen • Grundbau und Bodenmechanik • Fluidsystemdynamik • Hydrogeologie • Wasserwirtschaft und Hydroinformatik • Laserspektroskopie • Ökologie der Mikroorganismen • Ökotoxikologie • Standortkunde /Bodenschutz • Bodenkunde •Siedlungswasserwirtschaft • Umweltchemie • Umweltökonomie • Verfahrenstechnik I/II • Baustoffkunde • Vergleichende Landschaftsökonomie • Wasserreinhaltung • Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik • Sprecher des FSP-WIB: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Geschäftsstelle: Dr.-Ing. Mathias Ernst, / Dipl. Ing. Alexander Sperlich Anja Sanderfeld Sebastian Aust Sekr. KF 4

Tel: +49 (0)30 314 25493, Fax: +49 (0)30 314 23313 Email: [email protected] http://www.FSP-WIB.TU-Berlin.de

Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung

Finanzierung: Berliner Wasserbetriebe (BWB) Laufzeit: 01.10.2008 – 31.10.2009 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Cornelia Genz Kooperation: KompetenzZentrum Wasser Berlin (KWB) Problemstellung Die Filtration von Klärwerksablaufen mit Niederdruckmembranen ermöglicht die Entfernung von Pathogenen und, in Kombination mit einer Flockungsstufe, das Erreichen niedriger Phosphorkonzentrationen. Dabei ist der durch Fouling auftretende Verlust der Filtrationsleistung ein grundlegendes Problem, was einen starken Einfluss auf die Kosten des Verfahrens hat. In ähnlichen Studien wurden Biopolymere (Proteine, Polysaccharide) sowie Partikel und Kolloide in der Größenordnung von 50 bis 350 nm als Haupt-verursacher des Membranfoulings ermittelt. Vorgehensweise Dieses Projekt untersucht die Auswirkung einer Ozonierung (2-10 mg O3/L)) mit nachgeschalteter Flockung (FeCl3: 2-6 mg Fe3+/L) auf die Leistung einer polymeren Ultra-filtrationsmembran. Labortests mit Amicon Testzellen werden im dead-end Modus durchgeführt. Die Amicon Testzellen werden mit 500 ml Wasser des Klärwerkes Ruhleben (Berlin) beschickt und die Fluxabnahme gemessen. Der Einfluss dieser Vorbehandlung auf den Charakter des DOC, speziell der Biopolymerfraktion, wird mit Hilfe der Größen-ausschlußchromatographie untersucht. Ergebnisse Die Vorbehandlung des Klarlaufs ermöglicht eine Entfernung des Phosphors von 75 bis 95 %. Im Permeat werden Konzentrationen zwischen 30 und 50 µg P/L erreicht. Ozonierung ohne nachfolgende Flockung führte in Filtrationstests zu einer geringen Fluxabnahme (1-7 %). Dahingegen beträgt die Fluxabnahme bei geflocktem Klarlauf, der nicht ozoniert wurde, 5 bis 14 %. Die Kombination beider Vorbehandlungen verbessert die Filtrationsleistung um bis zu 30 % und reduziert die Filtrationszeit für 500 ml um 50 %. Für die Verbesserung der Leistung werden verschiedene Mechanismen in betracht gezogen. Es ist bekannt, dass fouling aktive Biopolymere und Huminstoffe teilweise durch Flockung entfernt werden. Eine Vorbehandlung mit Ozon führt schon bei kleinen Dosen (2 mg/L) zu einer signifikanten Verringerung des SAK254, was auf eine Verschiebung zu polareren Verbindungen hinweist. Hohe Ozondosen (> 6 mg/L) führen zusätzlich zu einer Zerkleinerung der Biopolymere und einer Verschiebung zu kleineren organischen Molekülen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kombination aus Ozonierung und Flockung eine vielversprechende Vorbehandlung zur Reduzierung des Foulings organischer Membranen sein kann.

Technische Universität Berlin Fachgebiet Wasserreinhaltung Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Sekr. KF 4 Straße des 17. Juni 135 10623 Berlin, Germany Tel.: ++49 (0)30 314-25058 Fax: ++49 (0)30 314-23313 Email: [email protected] http://www.wasserreinhaltung.de

Untersuchung der Auswirkung einer Ozonierung auf die Membranfiltration

OXERAM


Finanzierung: KompetenzZentrum Wasser Berlin und TUB Laufzeit: 11/2008 – 11/2009 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. M. Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Uwe Hübner Kooperation: Problemstellung Die während der Uferfiltration und künstlichen Grundwasseranreicherung stattfindende Untergrundpassage hat sich bei der Trinkwasserproduktion als effektive Barriere gegen unterschiedlichste Substanzen im Oberflächenwasser bewährt. Außerdem wirkt sie als zusätzliche Reinigungsstufe nach der herkömmlichen Abwasserbehandlung. Hinsichtlich des Abbaus von DOC und spezifischer Spurenstoffe gibt es jedoch Einschränkungen. Das geplante Projekt soll die Möglichkeiten untersuchen, ob durch Kombination von Untergrundpassage und weitergehenden Oxidationsverfahren als vor- oder nachgeschaltete Reinigungsstufe diese Einschränkungen überwunden werden können. Vorgehensweise In der geplanten ersten Phase des Projektes werden bestehende Daten über die während der Untergrundpassage stattfindenden Abbauprozesse ausgewertet, um bestimmte Substanzen zu identifizieren, die einer weiterführender Untersuchung unterzogen werden sollen. Gleichzeitig sollen auf Grundlage bestehender, bereits publizierter Ergebnisse und theoretischer Überlegungen verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von weitergehender Oxidation und Untergrundpassage auf ihr Abbaupotential und die praktische Umsetzung hin getestet werden. Ferner werden in dieser ersten Phase Säulenexperimente im Labor- und halbtechnischen Maßstab durchgeführt, um das Abbaupotential für unterschiedliche Szenarien und variierende Gegebenheiten zu quantifizieren. Am Ende der Untersuchungen soll ein kombiniertes System von Untergrundpassage und weitergehender Oxidation zur Umsetzung in einer Pilotanlage empfohlen werden, das in der zweiten Projektphase realisiert werden soll.


Optimierung der Entfernung von organischen Schadstoffen bei der künstlichen

Grundwasseranreicherung durch Redox-Kontrolle und weitergehende

Oxidationsverfahren (OXIRED Phase 1)


Finanzierung: Lubing Maschinenfabrik GmbH & Co. KG Laufzeit: 01.07.2008 - 30.06.2009 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Christian Remy Kooperation: ITT AG (Wedeco) Problemstellung Die Abluftbehandlung bei der Massentierhaltung in Ställen soll die Belastung der Umwelt mit Geruchsstoffen vermindern. Der starke unangenehme Geruch wird durch ein Stoffgemisch erzeugt, in dem u.a. kurzkettige organische Fettsäuren, Phenol- und Indolverbindungen und sulfidische Organik enthalten sind. Einige dieser Stoffe sind bereits im Bereich von einigen µg pro m³ Abluft geruchswirksam, so dass ihre Entfernung unterhalb der Geruchsschwelle verfahrenstechnisch schwierig ist. Aufgrund der hohen Volumenströme der Abluftanlage wird eine in-situ Behandlung der Abluft im Kamin angestrebt. Dabei soll ein Sprühnebel aus Ozonwasser zum Einsatz kommen, um die Geruchsstoffe im Nebel zu lösen und gleichzeitig zu oxidieren. Um die geforderte schnelle Reaktion zu erreichen, soll zudem eine Radikalreaktion (Advanced Oxidation Process, AOP) durch gezielte Dosierung von Additiven erreicht werden. Vorgehensweise In Vorversuchen im Becherglas wurde eine prinzipiell geeignete AOP-Reaktion ermittelt. In einem halbtechnischen Versuchskamin werden zwei repräsentative Einzelstoffe (Essigsäure und Phenol) in die Raumluft dosiert, um über ihre Entfernung die oxidative Wirkung des Sprühnebels erfassen zu können. Damit lassen sich sowohl die direkte Reaktion mit Ozon als auch die indirekte Reaktion über OH*-Radikale nachweisen. Ergebnisse Die AOP-Reaktion wurde über verschiedene Additivdosierungen in ihrer Geschwindigkeit optimiert und über einen Hilfsstoff (pCBA) nachgewiesen. Zudem wurde das Eintragssystem für den Sprühnebel verfahrenstechnisch optimiert. Detaillierte Ergebnisse des Projekts sind vertraulich und der Öffentlichkeit nicht zugänglich.


Airclean Optimierung eines Airclean-Verfahrens

für Tierhaltungsbetriebe

Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Finanzierung: Siemens Water Technologies (SWT) Laufzeit: Juli 2008 – Oktober 2009 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel, Dr.-Ing. Mathias Ernst Bearbeitung: Dipl.-Ing. Hendrik Paar Kooperation: SWT Memcor Problemstellung In der weitergehenden Abwasserreinigung sowie der Aufbereitung von Oberflächenwasser findet die Ultrafiltration immer mehr Anwendung, da die Anforderungen an die Qualität des aufbereiteten Wassers (u.a. Konzentration an pathogenen Keimen und Partikeln) gestiegen sind. Die Kombination aus Ultrafiltration mit vorgeschalteter Flockung ermöglicht neben einer effizienten Entfernung von Phosphor zusätzlich die Bindung von gelösten organischen makromolekularen Substanzen. Hierdurch wird ein positiver Effekt bezüglich der Filtrationsleistung der Membran erwartet. Durch die Bildung von Deckschichten auf der Membran wird ein starker Einfluss auf das organische Fouling und damit auf die Filtrationsleistung durch gelöste organische Makromoleküle vermutet. Vorgehensweise Im Rahmen des Projektes werden am Betrieb einer Ultrafiltrationsanlage (Pilotanlagenmaßstab, Standort: Landwehrkanal, Schleuseninsel/Berlin) mit vorge-schalteter Flockung die Phosphorentfernung sowie die Wirkung der Flockung auf die Filtration in Abhängigkeit der Flockungsmitteldosis bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser untersucht, welches durch die Einleitung von Kläranlagenablauf und Regenwasser sowie durch das jahreszeitlich auftretende Algenwachstum geprägt ist. Die UF Pilotanlage ist für eine kontinuierliche Filtration von 6 m³/h Oberflächenwasser ausgelegt, wobei getauchte PVDF Hohlfasermodule (SWT Memcor) verwendet werden. Eine kontinuierliche Erfassung der Orthophosphatkonzentration im Rohwasser ermöglicht die dynamische Dosierung des Flockungsmittels in Relation zur Orthophosphat-konzentration (konstantes ßPO4-P-value). Ergebnisse Eine dynamische Dosierung mit einem ßPO4-P-value von 6 (entspricht 1-2 mg Fe/L) führt im Zuge der Aufbereitung zu einer effizienten Phosphorentfernung (PO4-P <30 µg P/L im Permeat). Die Analyse mittels LC-OCD (size exclusion chromatography - organic carbon detection) bestätigt eine simultane Reduzierung verschiedener Fraktionen des gelösten organischen Kohlenstoffs durch die Flockung. In Abhängigkeit der Flockungsmittel-konzentration wird insbesondere eine spezifische Entfernung von gelösten organischen Makromolekülen erreicht. Die Ergebnisse des Betriebs der Anlage lassen noch keine abschließende Bewertung des Einflusses der Flockung auf die Filtrationsleistung zu.


Siemens water technology Post filtration at Landwehrkanal, Berlin

0

20

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0 400 800 1200 1600

Zeit [min]

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%] pH1 pH2

pH3 pH4

pH5

Bild 1: Iopromid (1,6 g/L) behandelt mit Splittereisen (20,05 m

2/L) bei 20°C


Finanzierung: Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH / Berliner Wasserbetriebe Laufzeit: 01.04.2007 bis 31.03.2010 Projektleitung: Dr. Anke Putschew, Prof. M. Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Michael Stieber Kooperation: Problemstellung Arzneimittelrückstände können verschiedene negative Effekte in der aquatischen Umwelt hervorrufen. So sind Zytostatika hochgradig toxisch, Antibiotika können zur Resistenz-bildung von Krankheitserregern führen und die an sich ungefährlichen Röntgenkontrast-mittel (RKM) reichern sich aufgrund ihrer Polarität und Stabilität an. Die Belastung der Gewässer mit den genannten Stoffen sollte daher so weit wie möglich reduziert werden. Eine Entfernung ist mit üblichen Aufbereitungsverfahren einer Kläranlage jedoch schlecht bzw. nur teilweise gegeben. Durch die Separation und Behandlung von Krankenhausurin kann die Emission an Arzneimittelrückständen erheblich verringert werden. Als spezifische Behandlungsmöglichkeit wird die Umsetzung mit elementarem Eisen untersucht. Vorgehensweise Es wurden Piperacillin, Ciprofloxacin und Cefuroxim als Vertreter der Antibiotika und Ifosfamid sowie Methotrexat als Vertreter der Zytostatika ausgewählt. Als Röntgen-kontrastmittel werden Iopromid und Diatrizoat untersucht. Die Arzneimittel, gelöst in reinem Wasser, Modellurin sowie Patientenurin werden in einem Rührreaktor unter Variation verschiedener Parameter wie z.B. pH-Wert umgesetzt. Die Veränderungen des pH-Wertes und des Sauerstoffgehaltes werden verfolgt. In bestimmten Zeitabständen wird dem Reaktor eine Probe entnommen und die Konzentration der Ausgangsstoffe sowie der Abbauprodukte ermittelt. Für die Bestimmung der Bioabbaubarkeit vor und nach der Behandlung wird der Zahn-Wellens-Test eingesetzt. Ergebnisse Vorversuche haben gezeigt, dass RKM wie auch Antibiotika und Zytostatika durch elementares Eisen auch in der Matrix Urin transformiert werden können. Die Umsetzung des Röntgenkontrastmittels Iopromid führt zu einer vollständige Deiodierung (Bild 1). Kine-tikuntersuchungen bei konstanten pH-Werten konnten eine Reaktion 1. Ordnung belegen. Die höchste Ge-schwindigkeitskonstante wurde bei einem pH-Wert von 3 gefunden. Weiterhin zeigte sich eine Abhängig-keit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Tempera-tur, der Rührgeschwindigkeit und der Matrix.


PharmaTreat Reduktion der Emission

wasserbelastender Stoffe aus Kliniken durch die Behandlung von Urin mit

elementarem Eisen


Finanzierung: Bundesministerium für Forschung und Entwicklung (BMBF) Laufzeit: 01.07.2006 – 31.12.2009 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel, Dr.-Ing. Martin Steiof Bearbeitung: Dipl.-Ing. Daniel Titze, Dipl.-Ing. Dipl.Instr. Aki Sebastian Ruhl Kooperation: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (Teilprojekt 1)

Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe (Teilprojekt 3) Dresdener Grundwasserforschungszentrum (Teilprojekt 4)

Problemstellung Die Abreinigung von mit leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW) kontaminiertem Grundwasser mit Hilfe durchströmter Reinigungswände wird in den USA bereits als Stand der Technik angesehen. Diese stellen eine kostengünstige Alternative zu konventionellen Sanierung-sverfahren (Pump-and-Treat) dar. Als reaktives Material kommt dabei vor allem elementares Eisen zu Einsatz. Trotz der zumeist positiven Ergebnisse sind Fragen insbesondere zur Langzeiteffek-tivität, Gas- und Präzipitatbildung nur unzureichend beantwortet. Vorgehensweise Im Rahmen des Projekts sollen Untersuchungen in horizontalen Säulensystemen mit zumindest zwei verschiedenen (Grund)Wässern bei unterschiedlichen Eisen-Kies-Mischverhältnissen durch-geführt werden. Als reaktives Material kommen sowohl ein blähtonartiges Material namens ReSponge™ (Fa. Mittal Steel, Hamburg), als auch ein Graugussgranulat (Fa. Gotthart Maier Metallpulver, Rhein-felden) zum Einsatz. Die horizontale Beschickung und eine kontinuierliche Entgasung gewährleisten in den Säulensys-temen hydraulische Bedingungen, die denen im Feld nahe kommen. Neben den üblichen Daten (Abbaukinetik) zur Dimensionierung reaktiver Wände wird der Schwerpunkt der Untersuchungen auf die H2-Entwicklung, Mineralpräzipitation und deren Einfluss auf die Hydraulik und Reaktivität gelegt. Aufgrund des Einsatzes von realem Grundwasser ist lang-fristig mit einem zunehmend ansteigenden mikrobiologischen Einfluss auf die ablaufenden Prozesse zu rechnen. Insbeson-dere ist von der Etablierung von Sulfatreduzierern auszuge-hen. Die sich daraus ergebenden Einflüsse z.B. im Hinblick auf Ausmaß und Verteilung der gebildeten Gasphasen sowie die Änderungen in der Zusammensetzung der gebildeten Mineral-präzipitate sollen integrativ erfasst werden. Ergebnisse Die Ergebnisse zeigen, dass eine vollständige Reduktion des dominierenden Schadstoffs (TCE) nur mit dem Graugussgranulat erzielt werden kann. Zudem hat sich zu einem vergleichsweise frühen Versuchsstadium eine sulfatreduzierende Biozönose in allen Säulensystemen etabliert. Damit gekoppelt war ein signifikanter Rückgang der ausgasenden H2-Gasmengen.


Gasbildung in Eisen(0)-Reaktionswän-den und ihr Einfluss auf die Langzeitre-aktivität von in situ Sanierungssystemen Teilprojekt 2: Einfluss von Gasentwicklung und Präzipitatbildung auf die Dechlorierungsleistung und Hydraulik von Fe(0)-Systemen mit komplex

zusammengesetzten Standortwässern


Finanzierung: Airbus Deutschland GmbH (Water Supply Systems) Laufzeit: 01.10.2007 – 31.12.2009 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Angela Würtele Kooperation: Problemstellung Die Sicherung der bereitgestellten Trinkwasserqualität in Flugzeugwassersystemen erfordert besondere Anforderungen an Betrieb und Wartung dieser global mobilen Wasserversorgungseinrichtung. Hierfür ist derzeit eine regelmäßige Systemdesinfektion (Standdesinfektion) notwendig. Bei dieser für den Flugzeugbetrieb zeit- und kostenauf-wändigen Wartungsprozedur werden Tanks und Rohrleitungen mit Desinfektionslösungen auf Basis von Chlor, Chlordioxid oder Wasserstoffperoxid desinfiziert. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer jederzeit hygienisch unbe-denklichen Trinkwasserbereitstellung in Passagierflugzeugen durch eine optimale UV-Desinfektion und deren Erprobung für kritische Füllwasserqualitäten und Betriebs-zustände. Vorgehensweise Der Wartungsaufwand für Tanks und Rohrleitungen soll durch Integration eines Zirkulationskreislaufes in das Flugzeugwassersystem mit UV-Desinfektion verringert, bzw. die hierfür erforderlichen Wartungsintervalle verlängert werden. Auf die derzeit periodisch generell erforderliche Stand-/Systemdesinfektion könnte bei erfolgreicher Implementierung eventuell vollständig verzichtet werden. Darüber hinaus würde die an Bord bereitgestellte Trinkwasserqualität verbessert bzw. die gesetzlichen Grenzwerte hinsichtlich mikrobiologischer Parameter sicher eingehalten werden. Methodisch werden hierbei u.a. die Auslegung der Onbord - UV-Desinfektion mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen im 1:1 -Maßstab optimiert und ‚Langzeit’-Betriebs-erfahrungen des optimierten Systems unter hinreichend realen, erschwerten Betriebs-bedingungen gesammelt. Ergebnisse Ende 2007 begannen Planung, Aufbau und Programmierung der drei parallelen Versuchsanlagen. Die eingebauten UV-Einheiten wurden 2008 Leistungstests unterzogen und Vorversuche zur Versuchszeit, Reproduzierbarkeit der Experimente und zum verwendeten Durchführungsprotokoll durchgeführt. Seit Anfang 2009 werden Desinfektionstests in den Pilotanlagen durchgeführt.


Hygienisches Trinkwasser für Flugzeuge Entwicklung und Erprobung von hygienisch

sicheren Trinkwasserversorgungssystemen in Flugzeugen


Finanzierung: KompetenzZentrum Wasser Berlin (KWB) Laufzeit: 01.12.08 - 31.12.09 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Angela Würtele Kooperation: Ferdinand-Braun-Institut; Institut für Festkörperphysik (Prof. Kneisel) Problemstellung Ultraviolettes Licht emittierende Dioden – kurz UV LEDs – finden in ganz unterschied-lichen Bereichen Anwendung. Sie bieten trotz ihrer bisher noch geringen Emissions-leistung und kurzen Lebensdauer viele Vorteile. In der Trinkwasserdesinfektion sind beispielsweise kompakte Bauweise, geringer Stromverbrauch, hohe Energieeffizienz und das nicht vorhandene Entsorgungsproblem (verglichen mit konventionellen Quecksilber Lampen) von großem Vorteil. Sie bieten daher in der Trinkwasserdesinfektion eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Lampen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird die Desinfektionswirksamkeit von LEDs mit Emissionswellenlängen von 265 und 280 nm untersucht. Vorgehensweise In einem ersten Schritt wird mit Hilfe einer speziell für UV-LEDs konzipierten statischen Laborbestrahlungsapparatur die Inaktivierungskurve von Bacillus subtilis Sporen aufgenommen. Der eingesetzte Testorganismus wird in vollentsalztem Wasser suspendiert und sukzessive der UV-Strahlung ausgesetzt. Die „überlebenden“ Zellen werden anhand der koloniebildenden Einheiten bestimmt. Anschließend wird die Inaktivierung über die Expositionszeit aufgetragen, um eine Fluenz-Wirkungsbeziehung abzuleiten. In einem zweiten Schritt werden Versuche mit realen Wasserproben, unterschiedlicher Herkunft durchgeführt, um den Einfluss unterschiedlicher Wassermatrizen auf die Desinfektionswirksamkeit zu bestimmen. In einem dritten Schritt werden Versuche mit einem Durchflussreaktor durchgeführt. Ergebnisse Erste Ergebnisse zeigen eine deutliche Inaktivierungswirkung der UV-LEDs mit einer Emissionswellenlänge von 265 nm.


Wasserdesinfektion mit UV-LEDs Techneau WP 2.5 – Biodosimetrische

Untersuchungen mit UV-LED Systemen


Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über

Forschungzentrum Karlsruhe (FZK) Laufzeit: 01.05.2008 bis 30.04.2010 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel / Dr.-Ing. Mathias Ernst Bearbeitung: M.Sc. Xing Zheng Kooperation: WASY GmbH, Berlin (Koordinator Gesamtprojekt)

GeoTerra GmbH, Aachen IaG GmbH, Seddin Institut für angewandte Gewässerökologie GmbH, Seddin Tsinghua University, INET, ESE, Beijing, (China) Beijing Water Authorities / Beijing Drainage Group (China) Institut für hydraulische Forschung Beijing (China)

Problemstellung Ziel der Projektverlängerung ist die Fortentwicklung eines nachhaltigen Wasserkonzeptes für das Recycling von Kommunalabwasser in Anlehnung an ein vorgeschlagenes Recyclingkonzept für die Olympischen Spiele in Beijing. Zentrale Aufgabe des Vorläuferprojektes war die Nutzung von kommunalem Abwasser im etwa 15 Hektar großen zentralen Olympischen See ohne resultierende Algen- und Geruchsprobleme. Die Ergebnisse des Vorläuferprojektes zeigen, dass die Kombination von naturnaher Uferfiltration und moderner technischer Systeme (Ultrafiltration und Adsorption) für ausreichende Sicherheit in der Abwasserwiederverwendung (für Springbrunnen, Toilettenspülung, Waschwasser und Bewässerung) sorgen kann. Während der Extensionsphase wird der Phosphatentfernungseffekt und die Auswirkung gegen Fouling durch die Kopplung von Flockung und Ultrafiltration erforscht. Vorgehensweise In einer auf Grundlage des dargestellten Klarlaufbehandlungskonzeptes aufgebauten Pilotanlage auf dem Klärwerk Ruhleben in Berlin werden folgende Aspekte untersucht:

� Auswahl eines geeigneten Flockungsmittels und Optimierung der Dosierung � Innovative Detektion organischer Foulants (LC-OCD) � Auswahl geeigneter Membranreinigungsmittel

Ergebnisse Die Erfahrungen des Pilotbetriebes zeigen, dass das vorgeschlagene Klarlaufbehandlungskonzept umsetzbar ist. Die gewonnenen Ergebnisse werden unter Berücksichtigung existierender Standards zu Empfehlungen für die Abwasser-wiederverwendung im städtischen Bereich genutzt.

Nachhaltiges Wasserkonzept und dessen Anwendung für die Olympischen Spiele

2008 Projekt Extension

Teilprojekt G4: Abwasserbehandlung und

Wiederverwendung

Technische Universität Berlin Fachgebiet Wasserreinhaltung, Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel, Sekr. KF 4 Straße des 17. Juni 135 10623 Berlin Tel.: ++49 (0)30 314-25058 Fax: ++49 (0)30 314-23313 email: [email protected] http://www.wasserreinhaltung.de

Wasserchemie und Analytik

Finanzierung: Technische Universität Berlin Laufzeit: Oktober 2013 Projektleitung: Prof. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Anne König Kooperation: Problemstellung Das Auftreten von Arzneimitteln in der aquatischen Umwelt ist nicht zuletzt durch verbesserte Analysemethoden in das Interesse der Öffentlichkeit gerückt und wird derzeit detailliert wissenschaftlich untersucht und diskutiert. Die Wirkstoffe und ihre Abbau-produkte gelangen vorwiegend über gereinigtes Abwasser in die Gewässer und werden über eine Bodenpassage bis ins Grundwasser transportiert. Dabei sind schwer abbaubare Stoffe, die häufig eine hohe Polarität aufweisen, noch im Trinkwasser nachweisbar. Die im Untergrund ablaufenden Transport- und Transformationsprozesse werden neben der Verweilzeit, der Temperatur und dem pH-Wert entscheidend vom vorherrschenden Redoxmilieu beeinflusst. Verschiedene Untersuchungen weisen darauf hin, dass unter reduzierten Bedingungen (Fe-/Mn-Rücklösung) sogar polare Stoffe umgewandelt bzw. mineralisiert werden, die unter aeroben Bedingungen als persistent gelten und daher beispielsweise kommunale Kläranlagen problemlos passieren. Wie genau dieser Einfluss erfolgt und inwiefern biotische und abiotische Umwandlungsprozesse relevant sind, ist derzeit noch nicht bekannt und bedarf weiterer intensiver Forschung. Projektziel und Vorgehensweise Am Beispiel der Antiepileptika Carbamazepin und Primidon, welche zu den persistenten polaren Arzneimitteln zählen, soll untersucht werden inwiefern definierte reduzierte Bedingungen den Abbau, den Transport und die Umsetzung dieser Stoffe im Boden beeinflussen. Im Mittelpunkt der Untersuchung stehen die biotischen als auch abiotischen Umwandlungsprozesse, sowie die Bildung von möglicherweise noch unbekannten Meta-boliten. In Laborstudien soll das Verhalten der Wirkstoffe während der Untergrundpassage und im Aquifer verfolgt und entsprechende analytische Nachweismethoden entwickelt werden. Der Betrieb von Bodensäulen unter verschiedenen Redoxbedingungen soll die natürlichen Bedingungen während einer Bodenpassage simulieren und Aussagen über biotische Prozesse und sorptive Effekte ermöglichen. Weiterhin werden Batchversuche durchgeführt, um die chemische Umsetzung der Antiepileptika nach zu vollziehen und Transformationsprodukte zu identifizieren. Darüber hinaus soll der Einfluss abiotischer Effekte abgeschätzt werden. Darauf aufbauend sollen geeignete Feldproben von Berliner Uferfiltrationsanlagen mit den Ergebnissen aus den Laborversuchen verglichen werden. Die Wasserproben werden dabei auf die identifizierten Metabolite hin untersucht, um die Mechanismen auch in der Praxis nach zuweisen und eventuell Optimierungsansätze zu entwickeln.


Verhalten von Antiepileptika während der Untergrundpassage unter

reduzierten Milieubedingungen


Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Berliner Wasserbetriebe (BWB)

Laufzeit: 2009 - 2012 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel, Dr. Anke Putschew Bearbeitung: Dipl.-Ing. Manuel Godehardt Kooperation: Fachgebiet Umweltmikrobiologie, Berliner Wasserbetriebe Problemstellung Die Effizienz von Niederdruckmembranen (Mikro- und Ultrafiltration) wird maßgeblich durch das Fouling der Membranen beeinflusst. Der Begriff Fouling beruht auf recht unterschiedlichen Vorgängen (Kolloidfouling, Biofouling, Scaling, organisches Fouling). Bisher vorgenommene Untersuchungen weisen darauf hin, dass für das organische Fouling bei Niederdruckmembranen vor allem hochmolekulare Anteile der gelösten Organik verantwortlich sind (Polysaccharide und Proteine, oft auch als gelöste extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) bezeichnet), die in allen Oberflächenwässern, Abwässern und gereinigten Abwässern als natürliche Produkte vorkommen. Bislang ist nicht eindeutig geklärt, welche Stoffklasse innerhalb der hochmolekularen organischen Substanzen von entscheidender Bedeutung hinsichtlich des Foulings ist. Im Rahmen des Projektes sollen biogene Ablagerungen auf Membranen mit Hilfe neuer Analysemethoden näher charakterisiert werden, um aufbauend auf diesen Daten die Ablagerungen verhindern oder sie gezielt ablösen zu können. Vorgehensweise Ein hochmodernes Massenspektrometer (MALDI-TOF) am Fachgebiet Wasserreinhaltung bietet die Möglichkeit insbesondere hochmolekulare organische Substanzen zu charakterisieren. Heutzutage werden MALDI-TOF-Geräte jedoch vorrangig im medizinisch, pharmazeutischen Bereich sowie in der Polymeranalytik verwendet. Um die MALDI-TOF-Technologie auf dem Gebiet der Analyse von Fouling verursachenden Substanzen einzusetzen, sind neue analytische Messmethoden erforderlich. Diese müssen zunächst entwickelt und etabliert werden. Mit etablierten Messmethoden soll anschließend der Charakter von Fouling verursachenden biogenen Substanzen näher beschrieben werden. Hierfür sind Vergleiche von EPS aus Reinkulturen und Reinsubstanzen mit realen Ablagerungen geplant. Hierfür können durch parallele Untersuchungen des gleichen Probenmaterials, z.B. von Membranen der Berliner Wasserbetriebe, sehr umfassende Informationen zum Charakter von biogenen Fouling verursachenden Substanzen gewonnen werden.


Membranbiofouling Charakterisierung von Fouling verursachenden

biogenen Substanzen


Finanzierung: TU Berlin Laufzeit: 01.09.2006 – 31.08.2011 Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Benno Baumgarten Problemstellung Das Auftreten von Antibiotika in Oberflächen- und Grundwässern, sowie vereinzelt in Trinkwasser erregt zunehmend öffentliches und damit einhergehend politisches und wissenschaftliches Interesse. Problematisch ist das Vorhandensein dieser Stoffe aufgrund ihrer biologischen Aktivität und aufgrund der Gefahr, dass sich resistente Erreger bilden. Zur Entfernung der Spurenstoffe bei der Trinkwasseraufbereitung wird in der Regel eine Bodenpassage genutzt. Neben zahlreichen anderen Stoffen, die mechanisch, physikalisch oder chemisch entfernt werden, werden auch Antibiotika sowie andere Spurenstoffe abgebaut. Dieser Vorgang wird auf mikrobielle Aktivität zurückgeführt. Sulfamethoxazol (SMX) ist eines der am weitesten verbreiteten Antibiotika, das eine hohe Persistenz aufweist. Der mikrobielle Abbau ist im Einzelnen noch nicht geklärt. Im Rahmen des Projekts wurden bestehende Versuchsanlagen zur Untersuchung des mikrobiellen Abbaus in der Bodenpassage optimiert. Der Abbau des SMX wird hinsichtlich eines Cometabolismus und einer möglichen Threshold-Konzentration untersucht. Es soll geklärt werden, welche Parameter den Abbau beeinflussen und welche Metabolite entstehen. Vorgehensweise Nach dem Einfahren der temperierten Bodensäulen (zur Simulation eines eindimensionalen Aquifers) mit Tegeler See-Wasser wird in Laborversuchen der mikrobielle Abbau des Sulfamethoxazol untersucht. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Bedingungen in den einzelnen Bodensäulen eingestellt. Dazu gehören u.a. unterschiedliche Redoxmilieus, unterschiedliche Kohlenstoffquellen sowie der Einsatz von Eisen und Wasserstoffperoxid. Die Analytik des Sulfamethoxazols und seiner Metabolite erfolgt mittels LC-MS. Daneben werden weitere Parameter wie Nitrat, Phosphat, DOC und Sauerstoffsättigung überwacht, um den Abbau im Einzelnen charakterisieren zu können. Ergebnisse Der Aufbau der Versuchsanlage, bestehend aus zwölf Bodensäulen, einer Kälteanlage und den entsprechenden Probenahmevorrichtungen ist abgeschlossen. Die Analytik zur Sauerstoffmessung und die Bestimmung des Sulfamethoxazols mittels LC-MS werden optimiert. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Transformation des Sulfamethoxazols stark von der Adaption der Mikroorganismen abhängig ist und dass Unterschiede zwischen Feld- und Laboruntersuchungen auf diesen Umstand zurückzuführen sind. Weder eine Schwellenwertkonzentration für die Transformation noch ein cometabolischer Abbau konnte nachgewiesen werden.


Transformation von Sulfamethoxazol in der Bodenpassage

Limnologie

Finanzierung: TU Berlin Laufzeit: 09/2007 – 09/2012 Projektleitung: Prof. Dr. – Ing. Martin Jekel; Priv. Doz. Dr. Günter Gunkel Bearbeitung: Dipl.- Biol. Alexandra Groß-Wittke Kooperation: - Problemstellung Die gesamte Wasserversorgung der deutschen Hauptstadt mit 3,5 Mio Einwohnern wird aus den innerhalb der Stadt liegenden Wasserressourcen gedeckt. Die Grundwasserneubildung sowie die Gewinnung von Trinkwasser über Uferfiltration spielt dabei in Berlin eine besondere Rolle. Durch Temperaturanstieg infolge des Klimawandels unterliegt das Verfahren Uferfiltration Veränderungen, die Auswirkungen auf die Qualität und Quantität der Grundwasseranreicherung und des Trinkwassers haben wird. Inwieweit diese Veränderungen die Uferfiltration und den Wasserhaushalt betreffen und vor allem zukünftig noch betreffen werden ist daher von besonderem Interesse. Die mittleren Wassertemperaturen im Berliner Stadtgebiet sind in den letzen Jahrzehnten bereits erheblich gestiegen, beispielsweise am Müggelsee um bis zu 2,4 °C (Mittelwerte Sommer) von 1978 bis 2003. Vorgehensweise Zur Beurteilung der Einflüsse der Wassertemperatur auf Prozesse während der Uferfiltration werden sowohl Freilandversuche als auch Säulenversuche unter Laborbedingungen durchgeführt. Durchgehend für einen Zeitraum von mindestens einem Jahr (Erfassung saisonaler Unterschiede) werden ausgewählte Parameter wie Wassertemperatur, Lichtverhältnisse (PAR), Sauerstoffgehalt, Chla-Gehalt und DOC im Wasser und Sediment des Uferbereich aufgenommen und bestimmt. Mit den Ergebnissen sollen unter anderem Aussagen über Sauerstoffregime bei unterschiedlichen Temperatur und Lichtverhältnissen (+ Tagesgang) gemacht werden und eine Sauerstoff-Bilanz erstellt werden. Im Labor werden mehrfach Säulenversuche mit ungestörten Ufersedimenten unter definierten Licht- und Temperaturbedingungen durchgeführt, bei denen unter Anderem auch anoxische Verhältnisse, Trockenfall und Temperatursprünge simuliert werden. Die Reaktion des Systems auf diese Störungen, die Auswirkungen auf die Wasserqualität und die Redox-Verhältnisse im Zu- und Ablauf sind von Interesse. Zudem sollen Anpassungsleistungen und –grenzen des Systems Ufer - Biocoenose näher bestimmt werden.


Auswirkungen der Klimaerwärmung auf die Reinigungsleistung der Uferfiltration

Limnologie

Finanzierung: AiF - ProInno Laufzeit: 06/2006 – 12/2008 Projektleitung: Priv. Doz. Dr. Günter Gunkel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Jan Kosmol, Dipl. Biol. Katja Funk Kooperation: Fa. Scheideler Verfahrenstechnik, Haltern Problemstellung In Trinkwasserrohrnetzen leben verschiedene wirbellose Tiere, das bekannteste ist die Wasserassel mit einer Größe von bis zu 18 mm. In erster Linie ist das Vorkommen von Wasserasseln ein ästhetisches Problem: Es kommt zu Verbraucherbeschwerden, wenn die Tiere bis zum Wasserhahn oder vor den Hausfilter des Kunden gelangen, was eine verringerte Akzeptanz des Lebensmittels Trinkwasser zur Folge hat. Tote Wasserasseln und der Kot der Asseln stellt allerdings eine Quelle für Sekundärverkeimungen im Rohrnetz dar. Mit den derzeit verfügbaren Techniken und Verfahren können Wasserasseln nicht effektiv bekämpft und beseitigt werden. Da die Tiere sich an den Rohrwandungen festhalten, werden sie bei den Spülgeschwindigkeiten, die bei einer herkömmlichen Wasserspülung erreicht werden, nahezu nicht entfernt. Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung einer wirksamen Bekämpfungsstrategie für Wasserasseln im Rohrleitungsnetz. Vorgehensweise Der innovative Ansatz des Verfahrens ist es, die Tiere ohne den Einsatz von Giftstoffen, sondern mit CO2 zu betäuben, so dass diese sich nicht mehr festhalten können und mit einer herkömmlichen Wasserspülung vollständig zu entfernen sind. Wasserasseln können erfolgreich mit CO2 narkotisiert werden, die Wirkung tritt abhängig von der CO2 Konzentration nach einer Einwirkzeit von wenigen Minuten auf, die narkotisierten Tiere können dann mit konventionellen Rohrnetzspülungen ausgetragen werden. Diese Technik wurde zur Anwendungsreife entwickelt und bereits in mehreren norddeutschen Städten im Zuge der Praxiserprobung angewendet. Die Kotpellets der Wasserasseln sind bereits mit Hilfe eines Stereomikroskops recht einfach als solche zu identifizieren. Neben der charakteristischen Längsfurche auf der Oberfläche der Partikel weisen diese einen herzförmigen Querschnitt auf. Es wurde festgestellt, dass Asselkot im Wasser sehr stabil ist (über 2 Wochen) und sich somit im Rohrnetz anreichert; die i. a. als „Rostablagerungen“ angesprochenen Feststoffe im Rohrnetz bestanden in den untersuchten norddeutschen Städten zu 30 - 70 % aus Asselkot. Bei der Stagnation des Leitungswassers in der Hausinstallation kommt es zu einer erhöhten Verkeimungsneigung, die Koloniezahl überschreitet bereits nach einem Tag den vorgegebenen Grenzwert von 100 Koloniebildenden Einheiten (KBE) je Milliliter Wasser, das Maximum lag nach 3 Tagen bei 3500 KBE je Milliliter Wasser.


Entwicklung eines Verfahrens zur Elimination von Wasserasseln und anderen Invertebraten

in Trinkwasserleitungen.

Limnologie

Finanzierung: DAAD, & CAPES (Coordenação de Aperfeicoamento de Pessoal de

Nivel Superior, Brasilien), Programm PROBRAL Laufzeit: 1/2006 – 12/2008 Projektleitung: Priv. Doz. Dr. Günter Gunkel Bearbeitung: Ing. Marcus Bruno Soares Kooperation: Prof. Jaime Cabral, UFPE, Recife, Brasilien

Problemstellung

Der Itaparica ist ein großer Flussstausee im Rio São Francisco, Brasilien, mit einer Länge von ca. 150 km. Die Bewertung der Umweltbelastungen des 20 Jahre alten Itaparica Stausees ist Gegenstand einer deutsch-brasilianischen Forschergruppe, um Ziele für ein besseres Einzugsgebietsmanagement zu entwickeln. Der Stausee Itaparica ist ein 828 km2 großer Aufstau im São Francisco River, im Nordosten Brasilien, und wurde als Wasserkraftwerk gebaut, heute dient er auch dazu Bewässerungswasser für große landwirtschaftliche Flächen zu liefern, es wird Trinkwasser gewonnen und das Wasser für Aquakultur genutzt. Erkennbare negative Auswirkungen auf die Umwelt sind eine erhöhte Sedimentation im Zuflussbereich, Zerstörung der Uferzone durch die betriebtechnisch bedingten Wasserstandsschwankungen, hohe Wasserverluste durch Verdunstung, fehlender Abbau der überfluteten Vegetation, und ein Trophieschub (trophic upsurge) mit deutlichen Eutrophierungsphänomenen (Auftreten von Cyanobakterien, Sauerstoffmangel im Hypolimnion, Bildung und Ablagerung von organischen Sedimenten und Massenentfaltung von Makrophyten). Vorgehensweise Die Umweltbeeinträchtigungen des Stausees machen die Entwicklung eines Risiko-Informationssystems notwendig, um ein integriertes Managementkonzept zu schaffen, dass die Landwirtschaft im Stausee-Teileinzugsgebiet, die Aquakultur und die Empfindlichkeit des Stausees für Eutrophierung und Kontaminierung berücksichtigt. Das Risiko-Informationssystem basiert auf ArcView Datenverarbeitung unter Verwendung von Satellitenaufnahmen, Luftbildern und Felddaten (z. B. Landnutzung) sowie den Daten der Gewässerbelastung (u. a. Vorkommen von Algen und aquatischen Makrophyten) Gegenwärtig bestehen schwerwiegende Umweltprobleme am Itaparica und haben bereits zur Degradierung von Böden, der Fauna und Flora geführt, und es sind erkennbare Kontaminationen des Wassers aufgetreten: Der Itaparica Stausee muss als eutroph eingestuft werden, und Phänomene wie die Massenentwicklung von Makrophyten mit Schädigung der Turbinen werden beobachtet. Auch treten regelmäßig Massenentwicklungen von Cyanobakterien (Microcytis, Cylindrospermopsis) auf mit der Bildung von Cyanotoxinen. Dieser Eutrophierungsprozess ist nicht primär durch den Zufluss ausgelöst, wohl aber durch Emissionen aus dem Teil-Einzugsgebiet und durch seeinterne Prozesse.


Beeinträchtigung der Wasserqualität des Stausees Itaparica im São Francisco River,

Brasilien, durch Landnutzung in der Uferzone: Entwicklung eines Risiko-

Informationssystems

Limnologie

Finanzierung: DFG, DAAD Laufzeit: 07/2009 – 3/2012 Projektleitung: Priv. Doz. Dr. Günter Gunkel Bearbeitung: Ing. Marcus Bruno Soares Kooperation: Prof. Grischek, HTW Dresden Problemstellung

In Berlin wird die Uferfiltration zur Trinkwassergewinnung seit 1850 genutzt, 75 % des geförderten Grundwassers werden hier heutzutage durch induzierte Uferfiltration und künstliche Grundwasseranreicherung gewonnen. Das Sandlückensystem, das Interstitial, bildet den Lebensraum der hoch aktiven Biozönose aus Bakterien, Algen, Proto- und Metazoen (Meiofauna), die die biologische Abbauleistung, Regeneration des natürlichen Filterbettes und damit auch die Effektivität und Nachhaltigkeit der Uferfiltration gewährleisten. Die Ziele dieser Arbeit sind im Einzelnen die Erfassung von:

• Veränderungen der hydraulischen Durchlässigkeit und Ausdehnung sowie Ursachen der Kolmation als Folge von Störungen (z. B. Hochwasser),

• der zeitlichen und räumlichen Varianz physiko-chemischer Gradienten, Vorgehensweise

Die räumlichen und saisonalen Veränderungen der Struktur des Interstitials und der Biozönose werden über einen Sedimentausschnitt von 30 cm Tiefe mit hoher Tiefenauflösung erfasst. Inerte, fluoreszierende Mikropartikeln (AMC markierten Harzkügelchen, 2,4 µm Ø) und FITC markiertes feinpartikuläres organischen Erlenlaubmaterial werden als Tracer in Enclosureversuchen in situ eingesetzt. Eine neu entwickelte Probenahme- und Aufbereitungstechnik in der Rasterelektronenmikroskopie (Einsatz von Mini-Sedimentkernen in der REM-EDX) wird verwendet, um die realen Verhältnisse abzubilden. Die Struktur und Stabilität des Sandlückenraumes wird entscheidend durch die extrazellulären Polymere (EPS) geprägt. Dieser Biofilm ließ sich t rasterelektronenmikroskopisch sehr gut abbilden. Es existiert ein kurzgeschlossener Kohlenstoff-Kreislauf mit hohen Kohlenstoff-Assimilationsraten in den oberen 6 cm, bei dem der durch die Primärproduzenten produzierte DOC wieder veratmet wird, ohne dass dieser im Porenwasser angereichert wird. Der Einfluss von mechanischen Störungen soll quantifiziert werden.


Untersuchungen zur Struktur und Dynamik der Interstitialbiozönose sandiger limnischer

lenitischer Uferzonen

Publikationen seit 2008

Bahr, C., Jekel, M. Aufbereitung von uranhaltigem Grundwasser mit granuliertem Eisenhydroxid: Untersuchungen zur Adsorptiondynamik und zur Regeneration mit Natronlauge. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, 28.-30. April 2008, Trier, Deutschland, Seite 252-257. ISBN 978-3-936028-51-5.

Baumgarten, B., Hauptvogel, A., Jekel, M. Untersuchungen zum Abbau von Sulfamethoxazol bei der Uferfiltration. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, 28.-30. April 2008, Trier, Deutschland, Seite 299-303. ISBN 978-3-936028-51-5.

Hein, A., Ernst, M., Reemtsma T., Jekel, M. Transformation von Sulfamethoxazol in der Abwasserozonung und das Verhalten der Ozonungsprodukte. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, 28.-30. April 2008, Trier, Deutschland, Seite 70-74. ISBN 978-3-936028-51-5.

Jekel, M., Neue Anforderungen an die Wasseraufbereitung. Herausforderung für die Siedlungswasserwirtschaft, 2008 (Bericht zur Siedlungswasserwirtschaft, Nr. 26): p. 33 - 39.

Jekel, M. and S. Grünheid, Indirect water reuse for human consumption in Germany: the case of Berlin. Water Reuse - An international survey of current practice, issues and needs 2008. No. 20 (Scientific and Technical Report, Published by IWA Publishing): p. (22) 401 - 413.

Miehe, U., Dünnbier, U., Hauptvogel, A., Jekel, M. Vergleich des Rückhalts von anthropogenen Spurenstoffen in verschiedenen Klär- und Schnellfiltrationsanlagen. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, 28.-30. April 2008, Trier, Deutschland, Seite 98-102. ISBN 978-3-936028-51-5.

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Mitarbeiter in 2009 Fachgebietsleiter: Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel Gast-Professor/in: Prof. Dr. Peter Huck, University of Waterloo, Canada Akademische Mitarbeiter/innen in 2009 Baumgarten, Benno (Dipl.-Ing.) Paar, Hendrik (Dipl.-Ing.) Ernst, Mathias (Dr.-Ing.) (FSP) Putschew, Anke (Dr. rer. nat.) Genz, Cornelia (Dipl.-Ing.) Remy, Christian (Dipl.-Ing.) Godehardt, Manuel (Dipl.-Ing.) Ruhl, Aki Sebastian (Dipl.-Ing.) Groß-Wittke, Alexandra (Dipl.-Biol.) Sperlich, Alexander (Dipl.-Ing.) (FSP) Gunkel, Günter (PD, Dr. rer. nat.) Stieber, Michael (Dipl.-Ing.) Hein, Arne (Dipl. Umweltwissenschaftler) Titze, Daniel (Dipl.-Ing.) Hennig, Susanne (Dipl.-Ing.) Würtele, Angela (Dipl.-Ing.) Hübner, Uwe (Dipl.-Ing.) Zheng, Xing (Dipl.-Ing.) König, Anne (Dipl.-Ing.) Kosmol, Jan (Dipl.-Ing.) Mehrez, Renata (Dipl.-Ing.) Lehrbeauftragte: Dr. Thomas Rapp, UBA Sekretariate Nordheim, Karin von (Fachgebiet Wasserreinhaltung) Meingast, Hannelore (Wasserchemische Gesellschaft, Fachgruppe der GDCh) Sandersfeld, Anja (FSP, Wasser in Ballungsräumen) Chemisch Technische Assistenten Burkhardt, Brigitte Noack, Katrin Förster, Ulrike Profft, Elke Hilarius, Renate Schmeißer, Hella Jakobs, Jutta Sosna, Gisela Kutz, Katharina Studentische Hilfskräfte Alexander Schreck Christopfer Gabler Christopher Gabler David Warschke Daniela Pallischeck Jan Benecke Jeannette Jährig Julie Sammet Lisa Bethke

Manuel Godehardt Martin Schulz Rodolfo Alejandro Medina Rodriguez Simone Wittig Simon Kuhnt Stephanie Keller Stephan Plume Projektanden und Diplomanden Alexander Schreck Cathrin Hintze David Warschke Florian Selge Florian Härtl Hao Sheng Hello Korn Jan Benecke Jeannette Jährig t Jens Piekarski Johann Müller Julia Rohmann Júlia Nebot Vilà Katja Walter Laura Ribera Ramirez Manuel Godehardt Marina Sabelfeld Martin Schulz Max Deckert Natalie Amon Nilüfer Ünal Rassafi Mahmoud Stephanie Keller Stephan Plume Simone Wittig Xinan Guo Zhichao Liang Auftraggeber und Kooperationspartner: Airbus Industries Berliner Wasserbetriebe BSH, Bosch-Siemens Hausgeräte Firma Christ, Aeschen, Schweiz Forschungszentrum Karlruhe GEH Wasserchemie, Osnabrück KompetenzZentrum Wasser Berlin gGmbH Lippeverband, Essen Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe RODECO, Bad Homburg VW, Wolfsburg W&S Wassertechnik GmbH, Wedemark

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Tätigkeitsbericht 2009 - wrh.tu-berlin.de · Standortkunde /Bodenschutz • Bodenkunde ... der Untergrundpassage stattfindenden Abbauprozesse ... (size exclusion chromatography -