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Entwicklung und Bau eines integrierten Messsystems zur schnellen Erfassung wichtiger umweltrelevanter Schadstoffe in der Atmosphaere

Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometer

Die Analytik und Bewertung von Spurenverunreinigungen und deren Transformationsprodukten in der aquatischen Umwelt sowie in technischen Wasseraufbereitungsverfahren im Spuren- und Ultraspurenbereich ist einer der Hauptschwerpunkte in Forschung und Lehre der Wasserchemie am Engler-Bunte-Institut des KIT (KIT-EBI). Das vorhandene Triple-Quad (Anschaffungsdatum: 2000) entspricht nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik und Forschung. Zudem steigen die Reparaturkosten überproportional und Ersatzteile werden nicht mehr hergestellt. Daher wird der Service des Gerätes auch in absehbarer Zukunft eingestellt werden. Die Triple-Quad Geräte der neuesten Generation weisen eine um den Faktor 200-500 (substanzspezifisch) höhere Sensitivität auf, als das vorhandene Gerät. Das beantragte Gerät soll daher u.a. auch zur Direktinjektion und online Anreicherung von Wasserproben genutzt werden und so Kosten und Zeit zur Probenvorbereitung einsparen. Die UHPLC ist zeitgemäß und ermöglicht neben den normalen chromatografischen Anwendungen auch Trennungsgänge bei Drücken bis 1200 bar. Vom Anbieter wurde dem KIT-EBI im Rahmen des Kaufs eines Triple-Quad Systems eine Kooperation mit der Möglichkeit zur Messung an Q-ToF Geräten zugesagt, die für non-target Fragestellungen und Transformationsprodukt-Identifizierung genutzt werden können.

Mikroanalyse mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) und einem VUV-optimierten Echelle-Spektrographen

Ziel des Antrages ist der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) zur quantitativen orts- und tiefenaufgelösten Mikroanalyse mit einem neu zu entwickelnden VUV-Echelle-Spektrographen. LIPS erlaubt eine schnelle elementaranalytische Kartierung von Oberflächen ohne aufwendige Probenvorbereitung mit einer lateralen Auflösung von 3 bis 10 my m. Durch die Analyse der Spektren von einzelnen Pulsen kann eine Ortsauflösung mit einer entsprechenden Tiefenauflösung kombiniert werden. Die Verwendung eines Echelle-Spektrographen gestattet eine umfassende qualitative und quantitative multivariante Analyse von einzelnen Pulsen mit hoher spektraler Auflösung (l/dl größer als 10000) über einen Spektralbereich von 150 nm. Für den zu konzipierenden Echelle-Spektrographen wird ein Arbeitsbereich von 150 bis 300 nm angestrebt, so dass erstmals eine Multielement-VUV-Emissionsspektroskopie mit Laserplasmen für Nichtmetalle (S, P, N, O, C, As) oder metallische Elemente (Hg, Zn) möglich wird. Erste Anwendungen werden sich besonders auf geochemische und werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen konzentrieren.

Schadensmanagement/Sofortmaßnahmen

Wo Menschen sind, gibt es Umweltschäden. Wir stehen für die schnelle "Erste Hilfe" bei akuten Umweltschäden. Wenn Schadstoffe in die Umwelt gelangt sind und besonders dann, wenn es zu Gewässer- oder Bodenverunreinigungen gekommen ist, werden Meldungen von Bürgern und unterschiedlichen Behörden Hamburgs u.a.: Umwelttelefon (zuständig für die gesamte FHH), Wasserschutzpolizei, Umweltschutzpolizei, Feuerwehr, Gesundheits-und Umweltämter der Bezirke Hamburgs an das Schadensmanagement der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt Hamburg weitergeleitet. Um das Ausmaß eines Umweltschadens so gering wie möglich zu halten, werden die erforderlichen Sofortmaßnahmen zum Schutz von Wasser, Boden und Luft eingeleitet. Dafür steht Tag und Nacht ein Einsatz-Team zur Verfügung, das sofort mit Einsatzfahrzeugen vor Ort fährt, die u.a. mit Mobiltelefon, Messgeräten und Gefahrstoffdatenbanken ausgestattet sind. Je schneller der erste Zugriff bei einem akuten Umweltschaden erfolgt, um so eher können wir Folgeschäden verhindern oder zumindest gering halten!

Forschungsprojekt Deponieuntergrund

Das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt "Deponieuntergrund" hat als vollen Titel "Erarbeitung eines Methodenpakets zur Erfassung des Schadstoff- Rückhaltevermögens der geologischen Barriere am Beispiel der Deponie Ihlenberg". Es besteht aus drei Standorten mit den Teilprojekten: 1.) Schwerin: "Geologische Erkundung und geochemisch-mineralogische Untersuchungen", 2.) Leipzig: "Strukturerkundung mittels geoelektrischer Widerstandstomographie" und 3.) Hamburg-Harburg: "Untersuchung zum Einfluß von Schadstoffsorption und ­diffusion sowie des kolloidalen Transports zur Entwicklung optimierter Vorgehensweisen bei der Bestimmung des Schadstoffrückhaltepotentials des Deponieuntergrundes als geologische Barriere". Hierbei werden im Geologischen Dienst bodenanalytische Daten erhoben (Meß- Rohdaten, kombinierte Daten, Meßreihen, statist. Aussagen über Daten). Sie sind verteilt abgelegt in Laborbüchern, Rohdatenfiles der Meßgeräte, Spreadsheet-Daten. Es handelt sich um bodenchemische und bodenphysikalische Daten. Die Daten sind in einem Bericht (ggf. Zwischenbericht) abgelegt. Ein Methodenhandbuch ist in der Veröffentlichung (Vor. Termin Ende 2002)

Bodenphysikalische Daten aus Böden

Bodenphysikalische Daten liegen vor als Einzeldaten oder Meßreihen, sowie als makroskopische Beobachtungen von Bodenverhalten, auch in Kombination mit Messungen, und deren Auswertungen. Sie sind eine spezielle Form bodenanalytischer Daten. Es handelt sich um Daten zu Böden oder technischen Füllmaterial, sowie Teilmengen hiervon. Sie werden im Labor des GLA M-V erhoben (Meß-Rohdaten, kombinierte Daten, Meßreihen, bodenkundliche, petrologische und statistische Aussagen über Daten). Sie sind verteilt abgelegt in Laborbüchern, Rohdatenfiles der Meßgeräte, Meßkurven, Spreadsheet-Daten. Es existieren Daten zur Probenvorbereitung.

Luftgütedaten in Potsdam

Die im Land Brandenburg kontinuierlich ermittelten Zeitreihen verschiedenster Luftschadstoffe werden erfasst, archiviert und fortgeschrieben. Die Überwachung der Luftqualität in Brandenburg erfolgt durch ein automatisches Luftgütemessnetz nach EU-weiten Vorgaben. Zeitnah werden die aktuellen Messwerte der Schadstoffe Ozon (O3), Stickstoffdioxid (NO2), Feinstaub- Partikel (PM10), Schwefeldioxid (SO2), Kohlenmonoxid (CO) und weitere mehr im LandesUmwelt / VerbraucherInformationssystem Brandenburg (LUIS-BB) veröffentlicht. Ergänzt werden diese Ergebnisse durch eine Zusammenstellung gültiger Grenzwerte sowie Monats- und Jahresauswertungen. Das Landesamt für Umwelt (LfU) betreibt für die kontinuierliche Luftüberwachung das automatische Luftgütemessnetz mit derzeit 17 Stationen zur Überwachung der Luft in Städten und ländlichen Regionen und 5 Stationen zur Überwachung der Luft im verkehrsnahen Raum. Zusätzlich existieren Messpunkte zur Bestimmung von Inhaltsstoffen im Staubniederschlag / in der Deposition. Mehr als 100 Messgeräte liefern täglich bis zu 12.000 Messwerte, die automatisch in die Messnetzzentrale des LfU übertragen, kontrolliert und von hier veröffentlicht werden.

Ombrometermessnetz

Mit dem Aufbau eines landeseigenen Niederschlagsmessnetzes (Ombrometermessnetz) durch die UBG wird das hauptamtliche Niederschlagsmessnetz des Deutschen Wetterdienstes in Sachsen um 22 Messstellen ergänzt und eine regional verbesserte Messung der Niederschläge ermöglicht. Jede Messstelle ist mit einem hoch auflösenden automatischen Messgerät (Ombrometer) samt Datenfernübertragungstechnik ausgestattet. Die Messgeräte werden täglich durch Kontrollmessungen an einem Hellman-Regenmesser (mit Sammelkanne) durch einen Beobachter überprüft. Die Leistungen umfassen: - Einweisung und Kontrolle der Beobachter in Bezug auf Betrieb und Wartung der Messgeräte einschließlich Sicherstellung des Winterbetriebs und Messung des Wasseräquivalents der Schneedecke - Sicherstellung der direkten Übertragung der Niederschlagsmengen an das Landeshochwasserzentrum (LHWZ) - Instandhaltung der gesamten Technik.

Messnetz Bodenwasser/ Lysimeterstation Brandis

Das Messnetz "Bodenwasserhaushalt" dient der kontinuierlichen Erfassung der Interaktion zwischen Witterung, Bewuchs und Bodenwasserhaushalt. Es umfasst 21 wägbare Lysimeter mit natürlichen Ackerböden, 5 wägbare Lysimeter mit Böden von der Kippe der ehemaligen Tagebaue Espenhain und Witznitz sowie 2 nichtwägbare Lysimeter im Forst Naunhof. Desweiteren werden am Standort Brandis unterschiedliche Niederschlagsmesser, eine Klimastation und Bulksammler (zur Messung der Gesamtdeposition) betrieben. Die Datenerfassung sowie -auswertung erfolgt derzeit ausschließlich in der UBG (GB3). Arbeitsschwerpunkte der Auswertung sind: - Transport- und Umsatzprozesse in der ungesättigten Zone - Auswirkung von landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsstrategien auf die GW-Beschaffenheit - Klimawandel und Bodenwasserhaushalt - Bereitstellung der Daten für Simulationsmodelle WH-Verfahren.

Bestimmung von Schadstoffgehalten und der Schadstoffverteilung von Ersatzbrennstoffen im Technikumsmassstab

Im Fachgebiet Abfalltechnik steht eine Technikumsverbrennungsanlage (TVA), die Speziell für die Energie-, Massen- und Schadstoffbilanzierung von Verbrennungsversuchen entwickelt und in den letzten Jahren mehrfach modifiziert wurde. Die Energie- und Massenbilanzierung wird seit Jahren erfolgreich genutzt. Im Rahmen dieses Projektes konnte als erstes die Qualität der Schadstoffbilanzierung mit Hilfe der in dieser Untersuchung durchgeführten Verbrennungsversuche am Beispiel Chlor gezeigt werden. Dazu wurden Verbrennungsversuche an der TVA durchgeführt, bei denen Holz/PVC-Mischungen und Holz/NaCl-Mischungen, die bis zu 6 Ma-Prozent Chlor enthielten, eingesetzt wurden. Um die Widerfindungsraten von Chlor bei den Verbrennungsversuchen in der TVA zu bestimmen und um zusätzlich Aussagen über den Transfer des Chlors in die verschiedenen Fraktionen machen zu können, wurden die Chloranteile in den einzelnen Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub ermittelt. Die HCI-Konzentrationen im Rauchgas wurden mit dem OPSIS-Messsystem analytisch bestimmt. Die Staub- und Aschegehalte wurden ermittelt und der Flugstaub und die Asche auf ihre Chlorgehalte untersucht. In den drei Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub konnten 95,1 bis 101,7 Prozent des eingesetzten Chlors wieder gefunden werden. Es wurden bei den Holz/PVC-Mischungen 82 bis 85 Prozent des Chlors im Rauchgas, 11 bis 14 Prozent in der Asche und etwa 1,4 Prozent im Flugstaub ermittelt. Bei anschließenden Vergleichen zeigten diese Transferkoeffizienten eine gute Übereinstimmung mit hochgerechneten Transferkoeffizienten aus Laboruntersuchungen von Schirmer (2005). Damit wurde gezeigt, dass die Veränderungen und Umbauten an der TVA in den letzten Jahren zu einer Verbesserung der Schadstoffbilanzierung geführt haben und diese dadurch erfolgreich durchgeführt werden kann. Damit ist die TVA für weitere Schadstoffermittlungen von unbekannten Ersatzbrennstoffen gut geeignet. Neben der Ermittlung von Ersatzbrennstoffen wurde die TVA in jüngster Zeit auch für die Bestimmung der Chlorfreisetzung ins Rauchgas eingesetzt: die kontinuierliche Erfassung der Schadstoffkonzentrationen im Rauchgas mit dem Messsystem OPSIS ermöglicht die zeitliche Schadstofffreisetzung ins Rauchgas zu bewerten, da aufgrund der semikontinuierlichen Brennstoffzugabe charakteristische Konzentrationsverläufe gewonnen werden.

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