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Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, WedUp: Weddellwirbel-Auftrieb und Dynamik

Der Weddellwirbel transportiert Wärme zu den Schelfeisen der Antarktis und reguliert die Dichte der Wassermassen, die den untersten Ast der globalen Umwälzzirkulation versorgen. Er stellt somit einen fundmentalen Bestandteil des globalen Klimasystems dar. Jedoch ist sehr wenig darüber bekannt, wie der Weddellwirbel auf langfristige Änderungen des atmosphärischen Antriebs reagieren wird. Der Auftrieb stellt eine wichtige Komponente im Klimasystem dar, da er Quellwassermassen durch Wärmeverluste und durch von Eisschmelze hervorgerufene Süßwassereinträge modifiziert. Während die beobachteten positiven Langzeittrends von Nährstoffkonzentrationen und Salzgehalten auf einen verstärkten Auftrieb hindeuten, könnte die im gleichen Zeitraum beobachtete Reduktion der Aufnahme von anthropogenem Kohlenstoff auf einen verringerten Auftrieb schließen lassen. Zusätzlich zum Auftrieb ist auch die Rolle der turbulenten wirbelbedingten Diffusion von Wärme kaum verstanden, aber möglicherweise von großer Bedeutung. Sie könnte einen wichtigen Mechanismus darstellen, um Wärme vom südlichen Ast des Weddellwirbels sowohl hin zum Zentrum maximaler Auftriebs zu befördern, als auch zu den Schelfeisen der Antarktis, wo die Wärme deren Abschmelzen und somit auch den Meeresspiegelanstieg vorantreiben könnte.Meine Vorarbeiten zeigen, dass Maud Rise eine wichtige Rolle für den Wärmehaushalt des Weddellwirbels spielt, dass aber gleichzeitig die kritischen Prozesse lokal bislang kaum in Feldstudien aufgelöst worden sind. Die Erforschung der Bedeutung von Maud Rise bezüglich des Wärmehaushalts ist von aktueller Bedeutung, da die Weddell-Polynya in 2017 nach vier Dekaden der Abwesenheit direkt über Maud Rise zurückgekehrt ist.Das Ziel von WedUP ist es, die langzeitlichen, großräumigen Änderungen der Zirkulation und des Auftriebs im Weddellwirbel zu bestimmen und deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt des Ozeans zu erforschen. Verbesserte Abschätzungen der räumlich und saisonal schwankenden Eddy-Diffusion sollen Analysen zum Beitrag von wirbelbedingten Wärmetransporten sowohl vom Zentrum des Weddellwirbels als auch zu den Schelfeisen ermöglichen. Abschließend soll eine Fallstudie basierend auf den zuvor erfolgten Auswertungen mit dem Ziel durchgeführt werden, die Rolle des Ozeans für das Auftreten der Weddell-Polynya in 2017 zu erforschen. WedUP wird den umfangreichen Datensatz des Argo-Float Observatoriums nutzen, das eine Abdeckung des Weddellwirbels seit 2002 zu allen Jahreszeiten und auch in von Meereis bedeckten Gebieten gewährleistet. Diese Daten sollen mit seehundgebundenen, schiffsgebundenen, und verankerungsgebundenen Messungen kombiniert werden, um die raumzeitlichen Änderungen des Salzgehalts und der Schichtung in Oberflächennähe zu erfassen. Die Erfassung von Langzeittrends in den Nährstoffkonzentrationen, oberflächennahen Salzgehalten und Radionukliden soll mich in die Lage versetzen, Änderungen der Rate des Auftriebs im Inneren des Weddellwirbels zu bestimmen.

Entwicklung eines oekonomisch-optimierten regionalen Verfahrenstechnologiekonzeptes (RVK) zur Reduktion von Naehrstoffen in Wirtschaftsduenger aus den Schweinehaltungsbetrieben des Landkreises Vechta

Ziel: Erstellung einer Datengrundlage zur schweinekategorie-spezifischen und raeumlich differenzierten Produktion an Menge und Gehalt im Wirtschaftsduenger des Landkreises Vechta, verfahrenstechnologische und oekonomische Analyse, Berechnung und Bewertung des potentiellen Naehrstoffreduktionsvermoegens beim Einsatz vorhandener Guelleaufbereitungstechnologien fuer innerbetrieblichen und/oder regionalen Einsatz, Entwicklung des oekonomisch-optimierten regionalen Verfahrenstechnologiekonzeptes (RVK). Methoden: Auswertung von Landnutzungskarten und landwirtschaftlicher Statistiken, Analyse und Bewertung vorhandener Untersuchungen zur oekonomischen und technologischen Bewertung von Guelleaufbereitungstechnologien, Analyse des Naehrstoffreduktionspotentials vorhandener Guelleaufbereitungsanlagen im innerbetrieblichen und regionalen Einsatz, oekonomische Analyse und Bewertung, oekonomische und technologische Bewertung von Guelletransportkosten und des Vermarktungspotentials von Guelleaufbereitungsprodukten.

Konzept zur Revitalisierung von Feuchtgebieten durch biologische Massnahmen zur Naehrstoffelimination der dem Gebiet zufliessenden Gewaesser, am Beispiel des Taevsmoors

Wissenschaftliche Begleitung bei der Anpassung der Klaeranlage Tamsweg an den Stand der Technik

Es handelt sich um eine Klaeranlage im zentralalpinen Raum, die Abwassertemperaturen sind waehrend der Schneeschmelze sehr gering. Ein wirtschaftliches und zuverlaessiges Reinigungskonzept soll erstellt werden, um die Anforderungen an Nitrifikation und Naehrstoffentfernung zu erfuellen. Eine Zusammenarbeit zwischen wissenschaftlicher Planung (Technische Universitaet Wien) und Bauplanung (Ziviltechniker) soll zu einer optimalen Loesung fuer diesen Standort fuehren.

Betriebsoptimierung von Kläranlagen und Reduktion von Spurenstoffen durch Urinseparation

Kläranlagen stehen in der nahen Zukunft nach Angaben des Antragsstellers vor immer neuen Herausforderungen. Neben neuen Anforderungen an die Reinigungsleistung von Kläranlagen spielt auch in manchen Gegenden die demografische Entwicklung im Verhältnis zur Kapazitätsgrenze der Kläranlage eine wichtige Rolle. Die genannten Kapazitätsgrenzen beziehen sich nicht auf alle Reinigungsziele, sondern zielen auf einzelne Fraktionen des Abwasserstroms ab. Als problematisch ist hierbei vor allem Stickstoff, insbesondere Urin, anzusehen. Zwar macht Urin nur 1 % des gesamten Schmutzwasservolumenstroms aus, enthält aber 50 bis 80 % der Nährstoffe und 64 % der pharmazeutischen Wirkstoffe (Lienert et al. 2007), wodurch Urin besonders für eine Nährstoffrückgewinnung bei gleichzeitiger Elimination von Spurenstoffen geeignet ist.

Energiecheck auf kommunalen Kläranlagen - Messen, Bewerten, Optimieren

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die DWA erhebt zur Beschreibung der Reinigungsleistung und der Ablaufqualitäten bundesweit bereits seit 28 Jahren die wichtigsten Betriebsdaten von mehr als 6.000 kommunalen Kläranlagen. Ergänzt wurde die Datenerhebung in den letzten 10 Jahren um den Stromverbrauch und in einigen DWA-Landesverbänden auch um die Stromerzeugung. Die erhobenen Daten werden von der DWA AG BIZ-1.1 jährlich ausgewertet und mit wechselnden Themenschwerpunkten im sogenannten 'Leistungsvergleich kommunaler Kläranlagen' veröffentlicht. Im Mittelpunkt standen bislang hauptsächlich Fragestellungen zur Reinigungsleistung und der Nährstoffelimination. Bisher geben die Betreiber die im Rahmen der Eigenüberwachung der Länder erhobenen Daten für den Leistungsnachweis bei den Lehrern Ihrer Nachbarschaft ab und erhalten hierfür zwar eine Auswertung der Gesamtbranche bzw. innerhalb der Nachbarschaftsgrenzen, jedoch werden die Daten nur unzureichend für eigene Betriebsoptimierungen genutzt. Insbesondere auf kleinen und mittleren Kläranlagen finden erfahrungsgemäß keine jahresübergreifenden Betrachtungen statt, so dass langfristige Veränderungen im Betriebsverhalten und der Energieeffizienz der Anlagen häufig nicht erkannt werden. Durch die Implementierung der cloudbasierten Software DWA Betrieb sollen Kläranlagenbetreiber durch die Eingabe der Daten einen Mehrwert in Form von eines Umweltberichts, Energieberichts und Energiechecks nach DWA-A 216 erhalten, um hier eine auf ihre Anlage zugeschnittene aktuelle Positionsbestimmung und Auswertung zu erhalten. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die Datenerhebung des jährlich durchgeführten Leistungsnachweise in den Kläranlagen-Nachbarschaften ist entsprechend den Vorgaben des im DWA-A 216 beschriebenen Energiechecks zu erweitern sowie eine jahresübergreifende Darstellung der Ergebnisse in einem kläranlagenbezogenen Bericht anzufertigen und die Prozesse der Datenabgabe entsprechend zu ändern. Es ist eine cloudbasierte Software zu entwickeln, welche die Daten nicht nur kontinuierliche sammelt, sondern auch auswertet und automatische Berichte erzeugt und auf die Bedürfnisse der Branche abgestimmt ist. Hierfür wurde die Methode der agilen Softwareentwicklung Scrum angewendet.

Teilprojekt 4: Modellbasierte Prozessanalyse, ökologische Bewertung von urbanen Maßnahmen zur Nährstoffreduktion, Teilprojekt 6: Modellierung des Einflusses von Nitrat auf die Phosphorrücklösung

In NITROLIMIT II sollen fundierte wissenschaftliche Grundlagen zur Beurteilung des Einflusses von Stickstoff auf die Gewässergüte geschaffen, die Kosten und Nutzen von Maßnahmen zur Verringerung von Stickstoffeinträgen analysiert und darauf basierend Empfehlungen für eine nachhaltige Gewässerbewirtschaftung erarbeitet werden. Die TUD trägt im Verbundprojekt zur Aufklärung des Nitrateinflusses auf den Phosphorkreislauf bei. Mit Hilfe prozessbasierter Modelle (TUD) und Messungen (BTU, IGB) wird in Modul 2.5 untersucht, welche Relevanz das Oxidationsmittel Nitrat für Phosphorbindung und Rücklösung im Sediment hat. Als Ergebnis werden gewässerspezifische Entscheidungskriterien zum Einfluss von Nitrat, Sulfat und Eisen auf die P-Rücklösung entwickelt. (1) Ausgehend von vorhandenen Modellen wird ein 1D-Modell der Sediment-Wasser-Kontaktzone entwickelt, dass P-Bindungsformen, Eisen- und Schwefelumsatz berücksichtigt. Für die Parametrisierung dienen vorhandene Daten und neue Untersuchungen mit Mikrokosmen (IGB) und Benthoskammern (BTU). (2) Das Sedimentmodell wird in das Seenmodell aus Nitrolimit I integriert. (3) Zur Bewertung von Schwellenwerten und N-Eintragsszenarien wird eine Szenarioanalyse für den Langen See, den Müggelsee und ggf. weitere Gewässer durchgeführt. Dabei werden externe Einträge und gewässerinterne Retentionsmechanismen berücksichtigt. Die Erkenntnisse dienen zur Ableitung gewässerspezifischer Entscheidungskriterien zum Einfluss der P-Rücklösung in Flachseen.

NAUTEK - Nachhaltige Aufbereitungstechnologien zur Abwasserreinigung & -wiedernutzung auf Kreuzfahrtschiffen, Vorhaben: Prozeßoptimierung und Integration von Abwasseraufbereitungstechnologien nach MEPC.227(64)

Zentrales Ziel des Vorhabens Nachhaltige Aufbereitungstechnologien zur Abwasserreinigung & -wiedernutzung auf Kreuzfahrtschiffen (NAUTEK) ist es, ein umfassendes und innovatives Abwasser(wiedernutzungs)konzept für Kreuzfahrtschiffe zu entwickeln und hierfür geeignete Technologien zu erproben und zu etablieren. Es sollen nicht nur Abwasserteilströme sondern alle relevanten Abwasserströme (Schwarz- plus Grauwasser) an Bord einer adäquaten Behandlung und Wiedernutzung zugeführt werden. So liegt besonderes Augenmerk auf den neuen und verschärften Umweltanforderungen (z.B. Nährstoffelimination) und den bisher noch nicht ausgeschöpften Potentialen einer Abwasserwiedernutzung auf Kreuzfahrtschiffen. Die Laufzeit des Vorhabens beträgt 3 Jahre. NAUTEK beleuchtet die aktuelle Praxis der Abwasseraufbereitung auf Kreuzfahrtschiffen, ermittelt die Ursachen vorhandener Defizite und schließt bestehende Informationslücken. Darauf aufbauend wird in enger Zusammenarbeit mit den Praxispartnern in AP2 unter Federführung des PIA ein innovatives modulares Anlagenkonzept zur sicheren Einhaltung unterschiedlicher regionaler Einleitanforderungen, unterschiedlicher Ablaufqualitäten zur Wiedernutzung und der Möglichkeit der Nachrüstung bestehender Anlagen entwickelt. Die Anlagenleistung wird durch einen Langzeittest eines Demonstrators an Land und durch Betrieb einer Pilotanlage an Bord verifiziert.

Gewässer-Zukunft: Verringerung von Nährstoffeinträgen in Oberflächengewässer in der Kulturlandschaft des bayerisch-österreichischen Alpenvorlandes

Das Ziel des INTERREG IV A-Projekts 'Gewässer-Zukunft' ist eine nachhaltige Verbesserung der Wasserqualität der Antiesen im oberösterreichischen Innviertel. Dazu müssen die Phosphor-Einträge aus landwirtschaftlich genutzten Flächen in den Fluss reduziert werden. Um die tatsächlichen und möglichen Phosphor-Einträge qualitativ beurteilen zu können, sind zunächst einmal Kenntnisse über den Phosphor-Gehalt der landwirtschaftlich genutzten Böden im Einzugsgebiet erforderlich. Daher wurde in den Jahren 2010 und 2011 in einem Teileinzugsgebiet der Antiesen der Nährstoffstatus der Acker- und Grünlandböden erhoben. Insgesamt wurden in dem überwiegend ackerbaulich genutzten Untersuchungsgebiet 590 Bodenproben aus dem Oberboden (0-15 cm Bodentiefe) gezogen. Für den Nachweis einer erosions- und abschwemmungsbedingten lateralen Nährstoffverlagerung wurde auf jedem Schlag in Hanglage zumindest der Ober-, Mittel- und Unterhang beprobt. Die im Boden unterschiedlich verfügbaren Phosphor-Anteile wurden mit verschiedenen Methoden ermittelt. Die Ergebnisse der Bodenanalysen belegen sehr niedrige Gehalte an CAL-löslichem Phosphor auf den meisten Grünlandflächen. Die Ackerböden mit den Kulturarten Getreide, Mais und Ölpflanzen (Raps, Lein) sind in den obersten 15 cm im Durchschnitt besser mit CAL-löslichem Phosphor versorgt als die Grünlandböden. Auf den landwirtschaftlich genutzten Flächen sind die wasserlöslichen Phosphor-Gehalte im Oberboden zum Teil sehr hoch. Auf diesen Flächen kann Phosphor bei Oberflächenabfluss leicht gelöst und abgeschwemmt werden. Die untersuchten Böden besitzen eine hohe Phosphor-Speicherkapazität. Der Phosphor-Sättigungsgrad ist sowohl in den Acker- als auch in den Grünlandböden mit wenigen Ausnahmen niedrig. Somit dürfte das Risiko für erhöhte Phosphor-Verluste durch Auswaschung gering sein. Eine erosions- und abschwemmungsbedingte Phosphor-Anreicherung am Unterhang konnte nicht festgestellt werden. Die Untersuchungsergebnisse werden im Hinblick auf die Eutrophierungsgefahr der Antiesen diskutiert.

Biologische Badewasseraufbereitung mit Biofilter - Biofilter-Teststand für Produktsicherheit und Innovation zur biologischen Badewasseraufbereitung

Das Wasser von naturnahen Schwimmteichen wird mit Biofiltern aufbereitet. Biofilter sind mit Substrat gefüllte, vom Wasser durchströmte Filterkörper, die Aufwuchsfläche für Biofilme aus Mikroorganismen bieten. Die eingetragenen Stoffe werden entweder abgebaut (organische Stoffe, Stickstoff, Krankheiterreger) oder an das Filtermedium und den Biofilm gebunden (Phosphor). Durch die resultierende Phosphorlimitierung können unerwünschte Algenblüten im Schwimmteich vermieden werden. Die Filter müssen periodisch rückgespült werden, um den im Filter gebundenen Phosphor aus dem System zu entfernen. Bisher wurden die Filter dafür 14 Tage lang abgestellt womit die Sauerstoffzufuhr im Filterkörper unterbrochen wird. Durch die entstehenden anaeroben Bedingungen im Filterkörper sollten sich Nährstoffe aus dem absterbenden Biofilm lösen und über die Rückspülung (Wasser ablassen) entfernt werden können. Vorversuche im Labor und Messungen im Feld haben jedoch gezeigt, dass mit diesem Verfahren nur ein geringer Prozentsatz des eingebrachten Phosphors ausgetragen werden kann, und weitere Verbesserungen am Rückspülverfahren notwendig sind. Bis jetzt sind Biofilter in der Schweiz nicht normiert. Im vorliegenden Projekt sollen die Voraussetzungen für einen transparenten Qualitätsstandard und damit für eine künftige Verbesserung und Normierung von Biofiltern für Schwimmteiche geschaffen werden. Hypothese ist, dass der Biofilm das entscheidende Element für die Leistungsfähigkeit des Biofilters ist. Es geht also darum, optimale und standardisierte Wachstumsbedingen für die auf den Biofilmen lebenden Mikroorganismen zu finden und diese Bedingungen reproduzieren zu können. Optimierungsbedarf besteht bei den Faktoren Filtersubstrat und -struktur, Dimensionierung und Aufbau des Filters, Filtermanagement (z.B. Rückspülungsmodus und -zyklen) und Wasserchemie. Das vorliegende Projekt soll durch den Aufbau eines Teststandes ermöglichen, dass verschiedene Biofiltersysteme miteinander verglichen werden können sowie Wasserzusätze für die Schaffung optimaler Wachstumsbedingungen für die Biofilme Die Ergebnisse werden einerseits der Weiterentwicklung von Biofiltern dienen, andererseits in Form eines Planungs- und Kontroll-Tools den Praktikern zur Verfügung stehen und die Basis legen für eine Zertifizierung der Filterleistung. Der SVBP als Interesseverband von ca. 45 Betrieben, die auf den Bau von Schwimmteichen spezialisiert sind, unterstützt das Projekt finanziell und logistisch. Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 14.03.2016 (Beilage 1) genehmigt. Projektziele: 15 Filterprüfstände sind betriebsbereit inkl. Standard Operating Procedure (SOP) und für die normierte Prüfung von Biofiltern erprobt. Für Schwimmteichbauer ist ein Planungs- und Kontroll-Tool für die Messung der Leistungsfähigkeit der Filter vorhanden. Eine Datenbank zur Definition des Stands der Technik ist erstellt.

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