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Substanzspezifische Isotopenanalytik zur Untersuchung des Abbaus von Spurenschadstoffen aus diffusen Einträgen in Grundwasservorkommen

Die Messung von Substanz-spezifischer Stabilisotopenfraktionierung in Grundwasserschadstoffen (Compound-Specific Isotope Analysis, CSIA) ist ein etablierter Indikator für Abbau stromabwärts von Kontaminationsquellen in Altlasten. Laufende Forschungsarbeiten konzentrieren sich darauf, diesen Ansatz nun auch für diffuse (d.h. nicht Punktquellen) Kontaminanten wie das Pestizid Atrazin im niedrigen µg/L bis sub-µg/L Konzentrationsbereich vorzuspuren. Hier bietet CSIA einen machtvollen Ansatz, Abbau sogar über Zeitskalen sichtbar zu machen, die sonst Untersuchungen gar nicht zugänglich wären, oder wenn fluktuierende Konzentrationen eine Abschätzung erschweren. Der Ansatz beruht auf der Beobachtung, dass sich Isotopenwerte von Atrazin während Biotransformation ändern und somit ein Konzentrations-unabhängiges Indiz für Abbau liefern. Für einen Durchbruch von Spurenschadstoff CSIA im Feld sind jedoch kritische methodologische Fortschritte nötig. (1) Niedrige Schadstoffkonzentrationen (sub-µg/L) in Grundwasser treten in Gegenwart viel höherer Konzentrationen (mg/L) von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) auf, was selektive und sensitive Spurenschadstoff CSIA stark limitiert. Mit Bakkours Expertise in selektiven Anreicherungs- und Aufreinigungstechniken zielen wir auf entscheidende Verbesserungen für empfindliche CSIA von Spurenschadstoffen in Grundwasserproben. (2) Isotopenfraktionierung in Laborexperimenten wird typischerweise bei viel höheren Konzentrationen (mg/L) als im Grundwasser (sub-µg/L) bestimmt. Mit Elsners Expertise in Chemostat und Fed-Batch Experimenten werden wir Isotopenfraktionierung von Atrazin im niedrigen Konzentrationsregime hinterfragen, als belastbare Basis für Feldinterpretationen. (3) Um als Indikator für Spurenschadstoffabbau zu dienen, müssen die Abbau-induzierten Änderungen in Isotopenwerten größer sein als die Bandbreite in kommerziellen Produkten. In Israel, wo Atrazin noch routinemäßig eingesetzt wird, werden wir daher in einer gemeinsamen Anstrengung Atrazinisotopenwerte (d13C, d15N) im Küstenaquifer analysieren und mit kommerziellen Atrazinprodukten vergleichen. (4) Um solche Isotopen-basierten Feldergebnisse kritisch zu hinterfragen, nutzen wir Bernsteins Expertise in mikrobiologischen Methoden der Hydrologie. Die vereinten Fortschritte werden es uns ermöglichen, die Anwendbarkeit von Spurenschadstoff CSIA für niedrige Konzentrationen im Grundwasser grundlegend zu erforschen.

Nanofiltration zur Grundwasseraufbereitung und Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung am Beispiel von kippenbelastetem Grundwasser in einem Braunkohlentagebaurevier

Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Trinkwasser können negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Konsumenten haben und führen zu einem erhöhten Risiko für Korrosionen im Leitungsnetz. Aufgrund dessen schreibt die Trinkwasserverordnung einen Grenzwert von 240 mg/l vor. Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Grundwasser, die eine spezielle Aufbereitungstechnik erfordern, kommen vor allem durch den Einfluss von Tagebauaktivitäten zustande. Im ausgehobenen Kippenmaterial kommt es zur Oxidation des Pyrits, was nach der Verfüllung der Gruben zu einem Anstieg der Sulfat-, Calcium- und Schwermetallkonzentration im Grundwasser führt. In betroffenen Grundwasservorkommen in Deutschland wurden Konzentrationen von bis zu 2500 mg/l Sulfat gemessen. Die Nanofiltration ist eine mögliche Aufbereitungstechnologie, die die Grundwassernutzung in derart beeinträchtigten Standorten auch nach der Verfüllung der Gruben erlaubt. Es wird erwartet, dass die Nanofiltration im Vergleich zu den anderen in Frage kommenden Technologien Ionenaustauscher, Destillation, Elektrodialyse und Umkehrosmose vor allem bei höheren Sulfatkonzentration in der Größenordnung >1000 mg/l das wirtschaftlichste Verfahren darstellt. In dem Projekt Nanofiltration zur Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung wird die Aufbereitung mittels Nanofiltration experimentell im Labor- und Pilotmaßstab untersucht. Es wird dabei schwerpunktmäßig ein Standort betrachtet, der im Einflussgebiet des Braunkohletagebaureviers Inden I liegt und derzeit Sulfatkonzentrationen von 1000-1500 mg/l in einem Trinkwasserbrunnen aufweist. Neben der Untersuchung der Nanofiltration an sich wird eine Konzentrataufbereitung mittels CaSO4-Kristallisation auf ihre Effektivität geprüft.

Abteilung 3 Geologie, Wasser und Boden (LUNG)

Mecklenburg-Vorpommern ist ein gewässerreiches, aber durchaus nicht wasserreiches Land, geprägt durch seine Küstengewässer, seine Flüsse und zahlreichen Seen. Die Gewässer als Bestandteil des Naturhaushaltes und als Lebensgrundlage für Menschen, Tiere und Pflanzen sind zu schützen und zu pflegen, ihre biologische Eigenart und Vielfalt sowie ihre wasserwirtschaftliche Funktionsfähigkeit sind zu erhalten, zu verbessern oder wiederherzustellen. Schwerpunktaufgaben sind deshalb: - Erarbeitung von Grundlagen sowie die Koordinierung von Grundlagenarbeiten der Wassermengen- und -gütewirtschaft, des Schutzes, der Sanierung und der Wiederherstellung der ökologischen Funktionsfähigkeit von Gewässern - Landesweite wasserwirtschaftliche Fachplanungen - Planung und Koordinierung der Mengen- und Beschaffenheitsüberwachung der Gewässer - Sonderuntersuchungen zur Beschaffenheit der Gewässer - Erfassung, Sammlung, Auswertung und Bewertung wasserwirtschaftlicher Daten des Landes - Veröffentlichung gewässerkundlicher Daten, z.B. im Gewässerkundlichen Jahrbuch, in Gewässergüteberichten - Aufgaben beim Vollzug des Landeswassergesetzes

Untersuchung neu erkannter Stoerfaktoren und ihrer Auswirkungen auf die 14C-Grundwasseraltersbestimmung

Aenderungen der 14C-Grundwasseralter zeigen sich bei stark genutzten Aquifer. Es soll versucht werden, aus isotopen- und hydrochemischen Daten zu einer quantitativen Aussage ueber optimale Nutzungen von Grundwasservorkommen zu kommen.

Grundwasserchemismus in pleistozaenen Sedimenten des Oberrheingrabens

Der Grundwasserchemismus in den Lockersedimenten ist sowohl von geologischen Bedingungen als auch stark anthropogen beeinflusst. Es soll vor allem der Einfluss der Deckschichten und der Bodenverhaeltnisse auf die Zusammensetzung des oberflaechennahen Grundwassers sowie deren weitere Entwicklung im Aquifer untersucht werden.

Grundwasser in Nordafrika

Da die Grundwasservorraete der Nordsahara besonders in Libyen verstaerkt als Nutzwasser herangezogen werden, muss die Frage der Ausschoepfbarkeit dieser Vorraete und die eventuelle derzeitige Ergaenzung geprueft werden. Es wird die hydrogeologische Struktur dieses Gebiets untersucht und Altersbestimmungen des Wassers mit Hilfe des Kohlenstoff-14 vorgenommen.

Wechselbeziehung zwischen Rheinwasser und Grundwasser (quantitativ)

Zweck und Ziel: Die instationaeren Austauschvorgaenge zwischen Oberflaechengewaesser und Grundwasser spielen fuer kuerzere Bilanzzeitraeume eine wesentliche Rolle. Die Einspeisungsmengen von Flusswasser in das Grundwasser (Uferfiltrat bzw positive Uferspeicherung) bei Hochwasser im Fluss bewirken einen Anstieg der Grundwasseroberflaeche. Aus Grundwasserstandsbeobachtungen laesst sich die Grundwasservorratsaenderung fuer einen den Messstellen zugehoerigen Bereich berechnen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Ermittlung der Groesse der Austauschmengen fuer einzelne Hochwasserwellen und fuer laengere Hochwasserzeiten sowie der Dauer der Speicherung dieser Grundwasservorraete. Das Forschungsvorhaben steht im Zusammenhang mit den Untersuchungen zur 'Prognose ueber die Niedrigwasserentwicklung im Rhein' (Forschungsvorhaben Nr. 99 -U). Ausfuehrung: Seit 1981 werden an je 5 Grundwassermessstellen in den Messprofilen Hartheim und Neuenburg im suedlichen Breisgau und an 6 Grundwassermessstellen im Messprofil Urmitz im Neuwieder Becken kontinuierlich Grundwasserstandsaufzeichnungen vorgenommen. Aus diesen Daten wurden repraesentative Hochwasserereignisse zur Berechnung der Grundwasservorratsaenderung ausgewaehlt. Die Berechnungen erfolgten mit einem eigens fuer diesen Zweck erstellten Modellsystem. Im Jahre 1988 konnten taegliche Grundwasserstandsaufzeichnungen an 12 Messstellen noerdlich von Bonn ueber den Zeitraum 1955 bi 1988 vom Landesamt fuer Wasser und Abfall, NRW, uebernommen werden. Diese Daten wurden entsprechend den bisherigen Bearbeitungen im Neuwieder Becken ausgewertet. Ergebnisse: Die Austauschmengen koennen kurzzeitig sehr grosse Werte annehm

Grundwasserbeobachtungen in der 'Sundischen Wiese' - Nationalpark 'Vorpommersche Boddenlandschaft'

In der Sundischen Wiese werden seit 1992 die Wasserstaende in den dort vorhandenen Ent- und Bewaesserungsgraeben sowie die Grundwasserstaende in dem gesamten Gebiet beobachtet. Ziel dieser Untersuchungen ist es, die hydrologischen Grundlagen fuer eine den Richtlinien des Nationalparks Vorpommersche Boddenlandschaft entsprechende, extensive Weidenutzung zu schaffen. Langfristig wird dabei eine Rueckfuehrung der zur Zeit noch eingedeichten und entwaesserten Untersuchungsflaechen in Salzgruenland angestrebt. Die derzeitigen Untersuchungen dienen vornehmlich der Schaffung einer Datengrundlage fuer eine spaetere Modellierung des Wasserhaushaltes als Planungsgrundlage fuer die langfristig angestrebte Rueckfuehrung in Salzgruenland.

Grundwasserhaushalt und quantitativer Naehrstoff- und Duengemittelaustrag

In zwei Wassereinzugsgebieten des Eyachtals (Lehnbach, Forstbezirk Wildbad und Stillwasser, Forstbezirk Kaltenbronn) wurden nach eingehenden Grundwasserhaushaltsstudien und wasseranalytischen Untersuchungen Phosphat-Duengungen ausgebracht. Die Wirkung dieser P-Duengung auf die Wasserqualitaet, insbesondere auf die Ortho-P-, Gesamt-P-Gehalte sowie die P-Frachten wird langfristig untersucht.

Hydrologische Untersuchung zur Ermittlung des Grundwasserhaushaltes, Grundwasserbildung auf Versuchsfeld

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