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Methane measurements at lander_2 in a coastal peatland at the German Baltic Sea in 2021

Rewetting peatlands is an important measure to reduce greenhouse gas (GHG) emissions. However, after rewetting, the areas are highly heterogeneous in terms of GHG exchange, which depends on water level and source, vegetation, previous use, and duration of rewetting. These challenging conditions require new technologies that go beyond discrete sampling. Here we present data from two autonomous lander platforms deployed at the sediment-water interface (bottom lander) of a shallow coastal peatland (approx. 1 m water depth) that was rewetted by brackish water from the Baltic Sea, thus becoming part of the coastal water through a permanent connection. These landers were equipped with six commercially available state-of-the-art sensors, and temporal high-resolution measurements of physico-chemical variables, including partial pressures of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4), were made. The resolution of the field data ranged from 10 seconds to 120 minutes and was obtained for partial pressure of CO2 (Contros HydroC-CO2) and CH4 (Contros HydroC-CH4), temperature, salinity, pressure (water depth), oxygen (O2) (CTD-O2 with SBE-37SMP-ODO), the concentrations of phosphate (SBE HydroCycle PO4), nitrate (SBE SUNA V2), chlorophyll a and the turbidity (both with SBE-FLNTUSB ECO) as stationary measurements at two different locations in close proximity. The CTD and oxygen measurements provide exact water depth data for the respective lander locations. In the other data sets (e.g., CO2 measurements) rounded data are inserted instead of the exact depth data, which is 0.6 m for lander_1 and 0.9 m for lander_2. SUNA raw data are provided for completeness. However, we found them of insufficient quality to estimate nitrate concentrations due to interferences and biofouling. The deployment and recovery of the landers, and thus the measurements, took place between 02 June 2021 and 09 August 2021, and the sensors were operated under permanent wired power supply and a centralized timestamp. The sensors were maintained and cleaned bi-weekly. Results show considerable temporal fluctuations expressed as multi-day, diurnal, and event-based variability, with spatial differences caused by biologically-dominated variables.

Chlorophyll a and turbidity raw measurements at lander_1 in a coastal peatland at the German Baltic Sea in 2021

Rewetting peatlands is an important measure to reduce greenhouse gas (GHG) emissions. However, after rewetting, the areas are highly heterogeneous in terms of GHG exchange, which depends on water level and source, vegetation, previous use, and duration of rewetting. These challenging conditions require new technologies that go beyond discrete sampling. Here we present data from two autonomous lander platforms deployed at the sediment-water interface (bottom lander) of a shallow coastal peatland (approx. 1 m water depth) that was rewetted by brackish water from the Baltic Sea, thus becoming part of the coastal water through a permanent connection. These landers were equipped with six commercially available state-of-the-art sensors, and temporal high-resolution measurements of physico-chemical variables, including partial pressures of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4), were made. The resolution of the field data ranged from 10 seconds to 120 minutes and was obtained for partial pressure of CO2 (Contros HydroC-CO2) and CH4 (Contros HydroC-CH4), temperature, salinity, pressure (water depth), oxygen (O2) (CTD-O2 with SBE-37SMP-ODO), the concentrations of phosphate (SBE HydroCycle PO4), nitrate (SBE SUNA V2), chlorophyll a and the turbidity (both with SBE-FLNTUSB ECO) as stationary measurements at two different locations in close proximity. The CTD and oxygen measurements provide exact water depth data for the respective lander locations. In the other data sets (e.g., CO2 measurements) rounded data are inserted instead of the exact depth data, which is 0.6 m for lander_1 and 0.9 m for lander_2. SUNA raw data are provided for completeness. However, we found them of insufficient quality to estimate nitrate concentrations due to interferences and biofouling. The deployment and recovery of the landers, and thus the measurements, took place between 02 June 2021 and 09 August 2021, and the sensors were operated under permanent wired power supply and a centralized timestamp. The sensors were maintained and cleaned bi-weekly. Results show considerable temporal fluctuations expressed as multi-day, diurnal, and event-based variability, with spatial differences caused by biologically-dominated variables.

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.

Grundlagenforschung zur Ausnutzung hydrodynamischer Effekte zur Verringerung des Membranfoulings durch die Einführung spezieller Anordnungen neuartiger Feed-Spacer-Geometrien in Kombination mit unregelmäßigen Membranoberflächenmustern

Umkehrosmose- (UO) und Nanofiltrationsmembranen (NF) sind bekannt für ihre hohe Selektivität gegenüber gelösten Stoffen und neu auftretenden Schadstoffen, die in verschiedenen Wassertypen vorhanden sind. Elemente mit spiralförmig gewickelten Membranen sind die am häufigsten verwendete Membrankonfiguration in UO/NF-Anlagen. Sie bestehen aus mehreren Taschen aus Dünnschichtverbundmembranen (TFC), einem Permeatrohr sowie Spacer (Abstandshalter) für Permeat (Produkt) und Feed (Zulauf). Feed-Spacer bilden einen Strömungskanal zwischen zwei benachbarten Taschen. Sie spielen eine wesentliche Rolle für die Flüssigkeitscharakteristika innerhalb der Feed-Strömungskanäle und folglich bei der Beeinflussung der Querströmungsgeschwindigkeit und des Druckabfalls. Dies beeinflusst Membranverschmutzung (Fouling) und Energieverbrauch und damit die Betriebskosten. Feed-Spacer sind vorteilhaft, um den Massentransport, die Fluidmischung und die Scherrate zu verbessern, was die Konzentrationspolarisation (Ansammlung zurückgehaltener Stoffe in einer Grenzschicht nahe der Membranoberfläche) und das Scaling (Überschreiten des Löslichkeitsgleichgewichts von Salzen) mildern sollte. Es wird jedoch auch beobachtet, dass Spacer zu Zonen mit schlechtem Massentransport führen, in denen dann partikuläres Fouling und Biofouling verstärkt auftreten. Die Nutzung von synergetischen Einflüssen einer Oberflächen-Mikrostrukturierung der Membran (regelmäßiges Muster im Mikro- oder Nanometerbereich auf der aktiven Seite) sowie des Designs und der Ausrichtung der FeedSpacer kann potenziell eine Flüssigkeitsmischung fördern und den Massentransport durch eine erhöhte Scherrate an der Membranoberfläche und in den Feed-Spacer-Strukturen verbessern. Dies mildert die Adhäsion von Partikeln und Biofouling erheblich, reduziert die Konzentrationspolarisation und erhöht somit den durchschnittlichen Permeatfluss und den für das Einsetzen von Fouling kritischen Fluss. Bisher wurden das Partikelablagerungsverhalten und die Neigung zu Biofouling in mit Spacern gefüllten Kanälen oberflächenstrukturierter TFC-Membranen weder in theoretischen (Simulation) noch experimentellen Studien untersucht. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt soll das Verständnis grundlegender Design- und Betriebsaspekte im Hinblick auf neue und innovative Entwicklungsansätze fördern. Basierend auf experimentell ermittelten räumlichen Verteilungen von Partikeln und Biofoulants in Feed-Spacern soll die Topographie der Membranoberfläche an die Geometrie der Feed-Spacer angepasst und spezifisch gestaltet werden. Dies führt zu einer neuen Generation maßgeschneiderter Membrantaschen, die verbesserte Trennleistung und Antifouling-Eigenschaften aufweisen. Dieses neue Entwicklungskonzept wird eine Erhöhung der Prozesseffizienz und der Modullebensdauer sowie eine Verringerung des Energieverbrauchs bewirken und damit nachhaltigere und kostengünstigere Wasserreinigungsprozesse ermöglichen.

Wirkung von Fällmitteln auf Sedimentation, Biozönose und Physiologie von Belebtschlämmen

Organische Säuren als Steuerungsparameter für den optimierten Betrieb von Faulungen und Biogasanlagen, Teilvorhaben: Von der Methodenkalibrierung bis zur Stabilitätsbewertung mit Ableitung von Handlungsempfehlungen

Organische Säuren als Steuerungsparameter für den optimierten Betrieb von Faulungen und Biogasanlagen, Teilvorhaben: Entwicklung eines intelligenten Sensors zur prozessbegleitenden Analyse organischer Säuren in der Gasphase von Faulungen und Biogasanlagen

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Metabolit-Regulation von Cryptochrom 2 Aktivität und Blühzeitpunkt

Der UV-A/Blaulichtrezeptor Cryptochrom 2 (cry2) spielt eine zentrale Rolle bei der photoperiodischen Blühinduktion. Wichtige Komponenten der Signalleitung von cry2 sind mehrere nah verwandte bHLH Transkriptionsfaktoren (CIB1, CIB2, CIB4, CIB5), die Blaulicht-abhängig an cry2 binden, als Heterodimere an nicht-kanonische E-Box Motive in der Promotorregion des FLOWERING LOCUS T (FT) Gens binden und hierdurch die Expression dieses zentralen Blühgens induzieren. Weiterhin interagiert cry2 im Blaulicht mit SPA-Proteinen und inhibiert damit die Aktivität der E3 Ubiquitin Ligase CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 1 (COP1), die maßgeblich am Abbau des FT-Transkriptionsaktivators CONSTANS (CO) beteiligt ist. Wir haben gezeigt, dass der FAD-Chromophor im signalaktiven Zustand von cry2 in der neutralen Semichinonform vorliegt und die Bildung dieser Form durch Metabolite wie ATP und NADPH verstärkt wird. Gerichte und strukturbasierte Mutagenese von CRY2 lieferte Hinweise darauf, welche Aminosäuren für die Metabolit-Kontrolle erforderlich sind. Diese Information soll genutzt werden, um die Rolle dieser Metabolite bei der photoperiodischen Blühinduktion aufzuklären. Geplant ist hierfür die Expression entsprechender cry2 Allele in planta und die Analyse der generierten Pflanzenlinien hinsichtlich Blühverhalten, FT-Expression und Interaktion mit down-stream Komponenten. Diese Untersuchungen sollen durch in vitro Studien mit rekombinanten Proteinen komplettiert werden. Im Gegensatz zum Wildtyp Allel von cry1 induziert die cry1L407F Mutante gesteigerte Expression von CO und FT sowie frühes Blühen im Kurztag. In vitro Analysen zeigten ein tryptisches Spaltmuster von cry1L407F im Dunkeln, welches dem von Wildtyp cry1 im Blaulicht entspricht. Das geplante Vorhaben soll klären, ob cry1L407F die gleichen Komponenten wie cry2 für die Induktion von FT nutzt. Hierfür sind Analysen der cry1L407F Mutante im cib1/cib2/cib5 Hintergrund sowie Interaktionsstudien mit cry2 Partnern geplant. Direkte Zusammenarbeiten ergeben sich mit den Vorhaben von Christian Jung (Blühkontrolle bei Beta vulgaris) und Markus Schmid (Regulation des Blühzeitpunkts durch Trehalose-6-P).

Anaerob-aerobe Reinigung des Abwassers einer Zitronensaeure-Fabrik

Bei der Zitronensaeureherstellung aus Melasse treten hoch organisch verunreinigte Abwaesser auf, deren Reinigung mit den bisher angewandten Verfahren (aerobe biologische Reinigung, Eindampfung) enorme Kosten verursacht. Mit Hilfe der anaeroben biologischen Reinigung soll es gelingen, den groessten Teil der Verschmutzung bei gleichzeitiger Energiegewinnung aus dem Faulgas aus dem Abwasser zu entfernen. Ziel der Untersuchungen ist es, die gesamte aerob-anaerobe Reinigung des Zitronensaeurefabrikabwassers bis zur technischen Reife zu entwickeln. Ergebnisse: anaerober Prozess prinzipiell einsetzbar, Verfahrensprobleme verschiedener Art noch nicht geloest (Einfahren, Gasverwertung). Versuchsmethodik: Laborversuche; halbtechnische und technische Versuchsanlagen in einer Fabrik.

Carbon dioxide measurements at lander_1 in a coastal peatland at the German Baltic Sea in 2021

Rewetting peatlands is an important measure to reduce greenhouse gas (GHG) emissions. However, after rewetting, the areas are highly heterogeneous in terms of GHG exchange, which depends on water level and source, vegetation, previous use, and duration of rewetting. These challenging conditions require new technologies that go beyond discrete sampling. Here we present data from two autonomous lander platforms deployed at the sediment-water interface (bottom lander) of a shallow coastal peatland (approx. 1 m water depth) that was rewetted by brackish water from the Baltic Sea, thus becoming part of the coastal water through a permanent connection. These landers were equipped with six commercially available state-of-the-art sensors, and temporal high-resolution measurements of physico-chemical variables, including partial pressures of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4), were made. The resolution of the field data ranged from 10 seconds to 120 minutes and was obtained for partial pressure of CO2 (Contros HydroC-CO2) and CH4 (Contros HydroC-CH4), temperature, salinity, pressure (water depth), oxygen (O2) (CTD-O2 with SBE-37SMP-ODO), the concentrations of phosphate (SBE HydroCycle PO4), nitrate (SBE SUNA V2), chlorophyll a and the turbidity (both with SBE-FLNTUSB ECO) as stationary measurements at two different locations in close proximity. The CTD and oxygen measurements provide exact water depth data for the respective lander locations. In the other data sets (e.g., CO2 measurements) rounded data are inserted instead of the exact depth data, which is 0.6 m for lander_1 and 0.9 m for lander_2. SUNA raw data are provided for completeness. However, we found them of insufficient quality to estimate nitrate concentrations due to interferences and biofouling. The deployment and recovery of the landers, and thus the measurements, took place between 02 June 2021 and 09 August 2021, and the sensors were operated under permanent wired power supply and a centralized timestamp. The sensors were maintained and cleaned bi-weekly. Results show considerable temporal fluctuations expressed as multi-day, diurnal, and event-based variability, with spatial differences caused by biologically-dominated variables.

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