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Reaktivität und Transformation funktioneller Gruppen von Spurenstoffen und organischer Hintergrundmatrix bei der Ozonierung von Abwasser

Die Ozonierung ist eine etablierte Technologie zur effizienten Oxidation von organischen Spurenstoffen in der Wasseraufbereitung. Ein wesentlicher Nachteil bei der Anwendung von Ozon ist die Bildung von stabilen und potenziell toxischen Ozonungsprodukten (OPs). Kritisch sind wegen ihrer Langlebigkeit vor allem biologisch stabile OPs. Unmöglich kann die Reaktion aller relevanter CECs mit Ozon, die dabei entstehenden OPs und deren biologische Stabilität untersucht werden. Vielmehr ist es notwendig, basierend auf dem systematischen Studium funktioneller Gruppen Kenntnisse zu generieren, die auf andere Stoffe übertragbar sind. Bislang wurden solche systematischen Studien aber nicht durchgeführt. Noch größer ist die Wissenslücke bei den im Abwasser vorliegenden organischen Kohlenstoffverbindungen (engl.: effluent organic matter, EfOM). Zwar belegt die Ozonzehrung von EfOM dessen Reaktivität gegenüber Ozon, aber welche funktionellen Gruppen reagieren, welche Produkte gebildet werden und wie biologisch stabil diese sind, ist gerade für EfOM mit Heteroatomen (N, S) nicht untersucht. Dieses Vorhaben will beide Lücken durch ein komplementäres analytisches und experimentelles Vorgehen schließen, mit dem gemeinsamen methodischen Ansatz der Einführung einer Markierung in die OPs durch Verwendung von 18O-Ozon und der nachfolgenden Detektion und Identifizierung der OPs mithilfe der (ultra-hochauflösenden) Massenspektrometrie. Das Vorhaben basiert auf der zentralen Hypothese, dass die Reaktion von Ozon sowohl mit bestimmten funktionellen Gruppen organischer Spurenstoffe als auch mit äquivalenten Gruppen des EfOM zu einer vorhersagbaren Bildung von OPs führt. Es zielt darauf ab, i) unser Verständnis der Reaktivität verschiedener funktioneller Gruppen gegenüber Ozon zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf der Identifikation biologisch schwer abbaubarer Funktionen innerhalb der OPs liegt, ii) ozon-reaktive funktionelle Gruppen im EfOM basierend auf bestehendem Wissen zur Transformation von Spurenstoffen zu identifizieren, wobei der Schwerpunkt auf N- und S-haltigen funktionellen Gruppen liegt, welche potentiell chemisch stabile OPs bilden, und iii) die Bedeutung des EfOM im Hinblick auf die Bildung biologisch schwer abbaubarer OPs in der Ozonierung von Abwasser zu bewerten. Dazu soll der biologische Abbau der OPs anhand deren spezifischen funktionellen Gruppen in Säulen-Abbauversuchen und einer simulierten Grundwasseranreicherung untersucht werden. Mit dem neuen Ansatz der Markierung sind wir in der Lage, OPs von CECs ebenso wie von EfOM sicher zu detektieren, besser zu identifizieren und ihre Stabilität gut zu verfolgen. Das Vorhaben generiert ein systematisches und übertragbares Verständnis zur Bildung stabiler OPs basierend auf funktionellen Gruppen organischer Moleküle, von CECs wie von EfOM. Erst wenn die Stabilität der möglichen OPs untersucht ist, wird auch eine systematische toxikologische Bewertung der Ozonung als Wasseraufbereitungsmethode möglich.

PLAFCO ein nachhaltiger Plastikersatz aus Papier, Teilprojekt A

PLAFCO ein nachhaltiger Plastikersatz aus Papier, Teilprojekt B

Untersuchungen zum Gebrauchsverhalten von kompostierbaren Tragetaschen mit vorgesehener Folgenutzung als Bioabfallbeutel

Die Handelskette dm-drogerie markt GmbH+Co.KG und der Entsorger Interseroh GmbH starteten in diesem Jahr ein Projekt zur Einführung von Tragetaschen aus biologisch abbaubaren Material mit einer vorgesehenen Zweitnutzung als Bioabfallbeutel. Zentrales Ziel des Projektes ist die Erkundung der Marktfähigkeit und speziell der Kundenakzeptanz. Im Kontext dieses Projektes ist u.a. auch die Gebrauchsfähigkeit der eingesetzten Taschen zu bewerten. Einen Beitrag hierzu liefern die hier vorzulegenden Laboruntersuchungen der Produkte. Es war das spezielle Ziel dieser Untersuchungen, eine Auswahl technischer Eigenschaften, die von Bedeutung für das Gebrauchsverhalten der Taschen sind, zu ermitteln und zu bewerten. Hierbei war zum einen zu berücksichtigen, dass systembedingt biologisch abbaubares Material empfindlich auf Klimaparameter, insbesondere auf Feuchtigkeit reagiert. Zum anderen war mit Blick auf die vorgesehene Zweitnutzung als Bioabfallbeutel die Frage nach einem vorzeitigen Anlaufen materialschädigender Abbau- oder Auflösungsprozesse noch während der Nutzungsphase zu beantworten. Auf Grundlage dieser Zielformulierung waren an den dm-Tragetaschen der Kurzzeiteinfluss von Klimaten sowie das Verhalten im Kontakt mit Bioabfall zu untersuchen. Eine Bewertung des Produktes musste abschließend das für den Kunden gewohnte Eigenschaftsprofil herkömmlicher Einkaufstaschen aus Polyethylen als Referenz berücksichtigen.

Ressortforschungsplan 2024, Ringtest zur Vorbereitung zur Konsolidierung der Tests auf leichte biologische Abbaubarkeit nach OECD

Das Vorhaben greift das Ergebnis des Vorhabens 'Überprüfung der für die Umweltbewertung relevanten OECD Prüfrichtlinien hinsichtlich des Stands der Wissenschaft und Technik' (FKZ 3720644080) auf, das den Überarbeitungsbedarf für eine Reihe von OECD Testrichtlinien festgestellt hatte. Hierbei wurden u.a. die Tests auf leichte biologische Abbaubarkeit als prioritär überarbeitungsbedürftig identifiziert. Die Testrichtlinien der OECD zur leichten biologischen Abbaubarkeit in der derzeitigen Form wurden 1992 definiert und wurden seitdem nicht mehr aktualisiert. Die Ergebnisse, die aus diesen Tests gewonnen werden, sind nicht unumstritten. Beispielsweise kann die Prüfung des gleichen Stoffes in unterschiedlichen Varianten der Tests auf leichte biologische Abbaubarkeit zu stark voneinander abweichenden Ergebnissen führen. Dies führt zum Beispiel auch zur Diskussion hinsichtlich der Notwendigkeit von höherwertigen Simulationsstudien zur Abbaubarkeit von Stoffen in den verschiedenen Umweltkompartimenten. Im Sinne der Bewertung von Stoffeigenschaften sollten Tests konsistente Ergebnisse liefern, die allgemein akzeptiert und zur Bewertung genutzt werden können.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze; MICROPLASTICS - Understanding the mechanisms and processes of biological effects, transport and formation: From model to complex systems as a basis for new solut, Teilprojekt C 05: Abbau und Verhalten von Kunststoffen und deren Mikroplastik-Partikeln in technischen Systemen der Wasser- und Abfallwirtschaft

Teilprojekt C05 hat zum Ziel, den wichtigen Eintragsweg für Kunststoffe, in Form von Mikroplastik, in die Umwelt aus technischen Anlagen (MP) mechanistisch aufzuklären. Gleichzeitig sollen neue Ansätze verfolgt werden, die zur Vermeidung bzw. Reduktion von MP aus Standardkunststoffen maßgeblich beitragen sollen. Zu diesem Zweck sollen Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Nylon, Polyethylenterephthalat, Polyisopren und Polyvinylchlorid durch Beschleuniger (in situ) in ihren Oberflächeneigenschaften für die Biofilmbildung modifiziert und dadurch unter Prozessbedingungen biologisch angreifbar und abbaubar gemacht werden. So können auch Standardkunststoffe umweltverträglicher bezüglich der MP-Partikel Bildung werden. Damit geht TP C05 weit über die bislang üblichen eher deskriptiven Studien zu MP in technischen Anlagen und der Umwelt hinaus. Folgende zentrale Fragen sollen in TP C05 in Hinblick MP-Partikel in technischen Anlagen der Abfall- und Abwasserwirtschaft beantwortet werden: 1. Kommt es in den Anlagen zu spezifischen (biologischen) Abbau- und Degradationsvorgängen? 2. Wie hängen die zu beobachtenden Prozesse von MP-Charakteristika (Materialsorte, Zusammensetzung, Größe, Morphologie, Beschichtung) ab, ? 3. Lassen sich die Vorgänge ('Bioabbaubarkeit') durch gezielte Modifikation der Partikeloberfläche vor oder in den Anlagen beschleunigen? 4. Welche ökologischen Konsequenzen einer Ausbringung der (modifizierten) Partikel in die Umwelt und hier vor allem in den Boden lassen sich postulieren?

Entwicklung von neuartigen biobasierten und formaldehydfreien Nassfestmitteln für Stärkeklebstoffe, Teilvorhaben 1: Wellpappe

Rund zwei Drittel aller Güter in Mitteleuropa werden in Verpackungen aus Wellpappe transportiert. Bei etwa 20 % aller Wellpappen wird der verwendete Stärkeklebstoff durch Zugabe von Nassfestmitteln feuchtigkeitsresistent ausgerüstet. Die gegenwärtig eingesetzten Nassfestmittel bestehen aus synthetischen Harzen auf fossiler Rohstoffbasis, die Restmengen an Formaldehyd enthalten. Aufgrund des krebserregenden und mutagenen Potenzials von Formaldehyd sind weitere Beschränkungen oder gar ein Verbot dieser Nassfestmittel zu erwarten. Die Nachteile der gegenwärtigen Nassfestmittel eröffnen gute Zukunftsperspektiven für neue vernetzend wirkende Substanzklassen aus nachwachsenden Rohstoffquellen, die frei von Formaldehyd sind. Die Stoffklasse der BioOrmocere bietet hierfür beste Voraussetzungen. Sie bestehen aus einem anorganischen und einem aus nachwachsenden Rohstoffquellen stammenden organischen Anteil. Auf Grund ihrer chemischen Grundstruktur können sie Stärkemoleküle vernetzen und auf Papiersubstraten gut haften. Zielsetzung des ist die Entwicklung nassfester Stärkeklebstoffe auf Basis von BioOrmoceren, welche gegenüber den bisherigen Klebstoffen über folgende Vorteile verfügen: - Herstellung der Nassfestmittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe - Höhere Sicherheit (Umwelt, Gesundheit) bei der Anwendung durch Vermeidung von Formaldehyd - Verbesserte biologische Abbaubarkeit von nassfesten Stärkeklebstoffen in der Umwelt Darüber hinaus soll im Zuge der Entwicklungsarbeiten geprüft werden, in wie weit sich die folgenden weiteren Ziele erreichen lassen: - Vermeidung von Borax, welcher als weitere vernetzend wirkende Komponente Wellpappenklebstoffen zugemischt wird. Borax wird sicherheitstechnisch ebenfalls kritisch betrachtet. - Einsparung von Energie, da herkömmliche Nassfestmittel einen erhöhten Trocknungsaufwand erfordern. - Höhere Produktionsgeschwindigkeit, da bei Einsatz herkömmlicher Nassfestmittel die Geschwindigkeit an der Wellpappenmaschine reduziert werden muss.

Entwicklung von neuartigen biobasierten und formaldehydfreien Nassfestmitteln für Stärkeklebstoffe

Rund zwei Drittel aller Güter in Mitteleuropa werden in Verpackungen aus Wellpappe transportiert. Bei etwa 20 % aller Wellpappen wird der verwendete Stärkeklebstoff durch Zugabe von Nassfestmitteln feuchtigkeitsresistent ausgerüstet. Die gegenwärtig eingesetzten Nassfestmittel bestehen aus synthetischen Harzen auf fossiler Rohstoffbasis, die Restmengen an Formaldehyd enthalten. Aufgrund des krebserregenden und mutagenen Potenzials von Formaldehyd sind weitere Beschränkungen oder gar ein Verbot dieser Nassfestmittel zu erwarten. Die Nachteile der gegenwärtigen Nassfestmittel eröffnen gute Zukunftsperspektiven für neue vernetzend wirkende Substanzklassen aus nachwachsenden Rohstoffquellen, die frei von Formaldehyd sind. Die Stoffklasse der BioOrmocere bietet hierfür beste Voraussetzungen. Sie bestehen aus einem anorganischen und einem aus nachwachsenden Rohstoffquellen stammenden organischen Anteil. Auf Grund ihrer chemischen Grundstruktur können sie Stärkemoleküle vernetzen und auf Papiersubstraten gut haften. Zielsetzung des ist die Entwicklung nassfester Stärkeklebstoffe auf Basis von BioOrmoceren, welche gegenüber den bisherigen Klebstoffen über folgende Vorteile verfügen: - Herstellung der Nassfestmittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe - Höhere Sicherheit (Umwelt, Gesundheit) bei der Anwendung durch Vermeidung von Formaldehyd - Verbesserte biologische Abbaubarkeit von nassfesten Stärkeklebstoffen in der Umwelt Darüber hinaus soll im Zuge der Entwicklungsarbeiten geprüft werden, in wie weit sich die folgenden weiteren Ziele erreichen lassen: - Vermeidung von Borax, welcher als weitere vernetzend wirkende Komponente Wellpappenklebstoffen zugemischt wird. Borax wird sicherheitstechnisch ebenfalls kritisch betrachtet. - Einsparung von Energie, da herkömmliche Nassfestmittel einen erhöhten Trocknungsaufwand erfordern. - Höhere Produktionsgeschwindigkeit, da bei Einsatz herkömmlicher Nassfestmittel die Geschwindigkeit an der Wellpappenmaschine reduziert werden muss.

Entwicklung eines Verfahrens zur wirtschaftlichen Mitbehandlung von (Faulraum)-Truebwasser

Truebwasser aus Faulanlagen gibt auf Klaeranlagen haeufig Anlass zu Stoerungen, wenn sie als Konzentrate anaeroben Ursprungs zur weiteren Behandlung aus dem Schlammbehandlungsteil in die Abwasserbehandlungsstufe zurueckgefuehrt werden; Ursachen der Stoerungen sollen herausgefunden werden; Vorschlaege zur Mitbehandlung erarbeitet werden; dazu sind besondere Probleme der biologischen Abbaubarkeit zu loesen.

Biogeochemical Processes in Tropical Soils

In recent years science has taken an increased interest in mineralization processes in tropical soils in particular under minimal tillage operations. Plant litter quality and management strongly affect mineralization-nitrification processes in soil and hence the fate of nitrogen in ecosystems and the environment. Plant secondary metabolites like lignin and polyphenols are poorly degradable and interact with proteins (protein binding capacity) and hence protect them from microbial attack. Nitrification, a microbiological process, directly and indirectly influences the efficiency of recovery of N in the vegetation as well as the loss of N (through denitrification and leaching) causing environmental pollution to water bodies and contributes to global warming (e.g. the greenhouse gas N2O is emitted as a by-product of nitrification and denitrification). Nitrifiers comprise a relatively narrow species diversity (at least as known to date) and are generally thought to be sensitive to low soil pH and stress. Despite these properties nitrification occurs in acid tropical soils with high levels of aluminium and manganese. Thus the main objective of the project will be the identification of micro-organisms and mechanisms responsible for mineralization-nitrification processes in acid tropical soils and the influence of long-term litter input of different chemical qualities and minimal tillage options. The project will include the use of stable isotopes (15N, 13C), mass spectrometry, gas chromatography (CO2, N2O), biochemical methods (PLFA) and molecular biology (16s rRNA., PCR, DGGE)

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