Ziel ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen. Hierzu soll eine funktionalisierte Pulveraktivkohle mit katalytischen Eigenschaften als Adsorbermaterial entwickelt, ihre Funktion getestet und durch einen verfahrenstechnischen Gesamtprozess für die Abwasserreinigung nutzbar gemacht werden. Die Funktionalisierung mit Nanoeisenpartikeln ermöglicht sowohl die magnetische Abtrennung der Aktivkohle, als auch die Regeneration durch Zerstörung der adsorbierten Spurenstoffe durch oxidative Verfahren. Der Einsatz der neuen Aktivkohle soll in einem Prozess umgesetzt werden, der in kommunalen Kläranlagen als sogenannte vierte Reinigungsstufe integriert werden kann. Die Emission der adsorbierbaren, organischen Mikroschadstoffe in Gewässer soll mit dem vorgeschlagenen Verfahren nachhaltig, sowie kosteneffizienter als mit gängigen Verfahrensweisen bzw. Materialien vermindert und die Ökobilanz durch Mehrfachverwendung der Aktivkohle verbessert werden.
Die aeroben Bedingungen auf der Erde haben die Akkumulation oxidierter Materie begünstigt, während reduzierte Verbindungen wertvolle Energieträger darstellen. Die Verknappung energiereicher Ressourcen macht die reduktive Umwandlung verfügbarer oxidierter Rohstoffe zu einer der größten Herausforderungen. Dieses Projekt kombiniert die Verwendung des häufigsten Übergangsmetalls, Eisen, als Katalysator in anspruchsvollen reduktiven Prozessen mit moderner Materialcharakterisierung am Synchrotron. Die Erkenntnisse dieses Kooperationsprojekts haben weitreichende Auswirkungen auf moderne Synthese- und Katalyseverfahren, die Material- und Energieforschung sowie den Einsatz von Röntgenmethoden zur Aufklärung heterogener Katalysatoren. Unser Ansatz basiert auf dem hohen Reduktionsvermögen und der Nachhaltigkeit von Eisen- gegenüber konventionellen Edelmetall-Katalysatoren. Der Einsatz aktiver, niedervalenter Eisen-Katalysatoren in reduktiven Prozessen sowie deren mechanistisches Verständnis erfordert jedoch eine kontrollierte Darstellung und effektive Stabilisierung von reduzierten Eisen-Spezies. Der Schwerpunkt unserer Arbeiten widmet sich daher der Natur der Wechselwirkungen von Eisen(0)-Nanoclustern und Nanopartikeln mit Oberflächen-aktiven Liganden und Lösemittelsystemen, die die stereoelektronische Modulation, das Partikelwachstums und die Oberflächenbeschaffenheit signifikant beeinflussen können. Wir untersuchen diverse bottom-up-Ansätze der Herstellung von Eisen(0)-Katalysatoren ausgehend von homogenen Präkursoren in flüssiger Phase unter milden Bedingungen. Katalytische Tests erfolgen in wichtigen Reaktionen zur Darstellung feinchemischer und technischer Synthesebausteine (Reduktionen, Hydrierungen, Isomerisierungen, Defunktionalisierungen etc.). Detaillierte spektroskopische Studien mit harter Röntgenstrahlung haben die Aufklärung der Zusammenhänge von Katalysatorsynthese, Katalyseaktivität und Nanopartikelstruktur (inkl. Größe, Oberflächenkoordination, Oxidationsstufe) zum Ziel und werden ebenso dynamische Effekte während der Nanopartikel-Synthese und -Katalyse mittels in-operando-Techniken adressieren. Dieses interdisziplinäre Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der chemischen Synthese, Katalyse und Charakterisierung von Eisen(0)-Partikeln, hat aber darüber hinaus direkten Bezug zu nachhaltigen Produktionsmethoden, Materialsynthesen und Energieumwandlungsprozessen.
Ziel ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen. Hierzu soll eine funktionalisierte Pulveraktivkohle mit katalytischen Eigenschaften als Adsorbermaterial entwickelt, ihre Funktion getestet und durch einen verfahrenstechnischen Gesamtprozess für die Abwasserreinigung nutzbar gemacht werden. Die Funktionalisierung mit Nanoeisenpartikeln ermöglicht sowohl die magnetische Abtrennung der Aktivkohle, als auch die Regeneration durch Zerstörung der adsorbierten Spurenstoffe durch oxidative Verfahren. Der Einsatz der neuen Aktivkohle soll in einem Prozess umgesetzt werden, der in kommunalen Kläranlagen als sogenannte vierte Reinigungsstufe integriert werden kann. Die Emission der adsorbierbaren, organischen Mikroschadstoffe in Gewässer soll mit dem vorgeschlagenen Verfahren nachhaltig, sowie kosteneffizienter als mit gängigen Verfahrensweisen bzw. Materialien vermindert und die Ökobilanz durch Mehrfachverwendung der Aktivkohle verbessert werden.
Weitere Handlungshilfen zum Bodenschutz Thema Jahr Behörde Titel mit Link zum Dokument Abfall/ Deponien Abfall/Deponien 2019 MULE Abfall/Deponien 2016 LAGA Regelungen für die stoffliche Verwertung von mineralischen Abfällen (RSVminA) (Link) LAGA Ad-hoc-AG „Deponietechnik“ Bundeseinheitlicher Qualitätsstandard 7-3 Methanoxidationsschichten in Oberflächenabdichtungssystemen vom 13.04.2016 (Link) Abfall/Deponien 2015 LAGAAd-hoc AG „Deponietechnik“, Bundeseinheitlicher Qualitätsstandard 7-4a „Technische Funktionsschichten – Photovoltaik auf Deponien“ vom 07.07.2015, LAGA (Link) Abfall/Deponien 2015 LAGABericht zur "Ressourcenschonung durch Phosphor- Rückgewinnung" (Stand Juli 2015), LAGA (Link) Abfall/Deponien 2014 LVwAHandlungsempfehlung zur Umsetzung der Verordnung über Deponien und Langzeitlager (DepV) für das Land Sachsen-Anhalt, LVwA, 27.08.2014 (pdf-Datei 446 KB) Abfall/Deponien 2012 LAGAMethodensammlung Abfalluntersuchung, LANUV NRW, 1.10.2012, LAGA (pdf-Datei 932 KB) Abfall/Deponien 2012 LAGAFachmodul Abfall Kompetenznachweis und Notifizierung von Prüflaboratorien und Messstellen (Untersuchungsstellen) im abfallrechtlich geregelten Umweltbereich, Bund-/Länderarbeitsgemeinschaft Abfall, August 2012 (pdf-Datei 521 KB) Abfall/Deponien 2012 LAGAM20 - Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen/Abfällen - Technische Regeln, 06.11.2003 und Vorbemerkungen 05.06.2012 (Teile II und III gemäß Erlasslage in ST), LAGA (Link) Deponienachsorge - Handlungsoptionen, Dauer, Kosten und quantitative Kriterien für die Entlassung aus der Nachsorge, Froschungsprojekt 200434327, UBA, März 2006 (Link) Abfall/Deponien 2006 UBA Abfall/Deponien 2004 LAGA LAGA M20-Teil II: (gleichwertige Bauweisen) Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Abfällen: Teil III: Probenahme und Analytik, LAGA, 2004 (pdf-Datei 267 KB) Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt – Seite 1 (Stand: 08.04.2020) Weitere Handlungshilfen zum Bodenschutz Thema Jahr Behörde Titel mit Link zum Dokument Abfall/Deponien 2004 LAGAM20-Teil II: Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Abfällen: Teil II: Technische Regeln für die Verwertung (TR Boden), LAGA, 2004 (pdf-Datei 300 KB) Abfall/Deponien 2004 LAGAM20-Teil III: Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Abfällen: Teil III: Probenahme und Analytik, LAGA, 2004 (pdf-Datei 178 KB) Abfall/Deponien 2001 LAGAPN 98: Richtlinie für das Vorgehen bei physikalischen, chemischen und biologischen Untersuchungen im Zusammenhang mit der Verwertung / Beseitigung von Abfällen, LAGA, 2001 (pdf-Datei 447 KB) Altlasten Altlasten 2018 BMI/BMVgBFR Arbeitshilfen Boden- und Grundwasserschutz, Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat und Bundesministerium der Verteidigung, Nov. 2018 (Link) Altlasten2018 BMVg/ BMI, BAIUDBwPFC-Leitfaden für Liegenschaften des Bundes Anhang A-8.2 der Arbeitshilfen Boden- und Grundwasserschutz, Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat und Bundesministerium der Verteidigung, 06-2018 Altlasten2016 HessenAltlasten2015 LFPBodenschutz in Hessen - Rekultivierung von Tagebau- und sonstigen Abgrabungsflächen, 13.01.2016 (pdf-Datei 4,2 MB) Länderfinanzierungsprogramm "Wasser, Boden und Abfall" - Arbeitshilfe zu Boden- und Grundwasserkontaminationen mit PFC bei altlastverdächtigen Flächen und nach Löschmitteleinsätzen, Oktober 2015 (Link) Altlasten2015 LABOBerücksichtigung der natürlichen Schadstoffminderung bei der Altlastenbearbeitung, Positionspapier mit neuem Anhang 3 Empfehlungen zur Verhältnismäßigkeitsbetrachtung bei der Entscheidung über die Durchführung von MNA, Stand 15.09.2015 (Link) Altlasten2015 LFPLänderfinanzierungsprogramm "Wasser, Boden und Abfall" - Leistungsbuch Altlasten und Flächenentwicklung, 2015 (Link) Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt – Seite 2 (Stand: 08.04.2020) Weitere Handlungshilfen zum Bodenschutz ThemaJahr BehördeTitel mit Link zum Dokument Altlasten2014 LFPLänderfinanzierungsprogramm "Wasser, Boden und Abfall" - Bundesweit einheitliche Fortbildungsveranstaltungen für die Erstellung von MNA - Konzepten, 2013 - 2014 (Link) Altlasten2013 MULEEmpfehlungen und Hinweise zur Bewältigung von Schäden durch das Hochwasser 2013 in der Landwirtschaft (Link) Altlasten2012 UBAEinsatz von Nanoeisen bei der Sanierung von Grundwasserschäden, UBA, 11.12.2012 (Link) Altlasten2011 BG BauChemikalienschutzkleidung bei der Sanierung von Altlasten, Deponien und Gebäuden, DGUV- Information 212-019, BG Bau, 2011 (pdf-Datei 1,2 MB) Altlasten2009 LABOBerücksichtigung der natürlichen Schadstoffminderung bei der Altlastenbearbeitung, Positionspapier vom 10.12.2009, LABO (pdf-Datei 601 KB) Altlasten2009 LAFFachfortbildung Bodenschutz am 05.11.2009: Herr Keil, LAF: Sanierung und Entwicklung eines mittelständisch geprägten Industriestandortes mit den Mitteln der Altlastenfreistellung und der Wirtschaftsförderung in Weißandt Gölzau (pdf-Datei 3,49 MB) Altlasten2009 LABOBewertungsgrundlagen für Schadstoffe in Altlasten - Informationsblatt für den Vollzug, LABO, 1.9.2008 (Juni 2009 ergänzt) (pdf-Datei 134 KB) Altlasten2009 BG BauAltlasten2009 MULEHandlungsanleitung zur Gefährdungsbeurteilung nach Biostoffverordnung (BioStoffV), DGUV-Information 201-005, Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft (BG Bau), 2009 (pdf-Datei 354 KB) Merkblatt „Landwirtschaftliche Nutzung in Flussauen in Sachsen-Anhalt“, Ministerium für Landwirtschaft und Umwelt, 2009 (pdf-Datei 153 KB) Altlasten2008 LABOArbeitshilfe Sickerwasserprognose bei Detailuntersuchung, LABO 10/2006 (12/2008 aktualisiert) (pdf-Datei 5,7 MB) Altlasten2008 BMBFMaterialien des BMBF-Förderschwerpunkts KORA, 2008 (Link) Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt – Seite 3 (Stand: 08.04.2020)
Die Zellwände von Algen lassen sich durch Photokatalyse aufspalten, um Lipide zur weiteren Verarbeitung zu gewinnen. Eine signifikante Effizienzsteigerung liegt in der kostengünstigeren Aufspaltung der Zellen, die eine wirtschaftliche stoffliche Verwertung in vielen Bereichen ermöglichen. Dazu werden photokatalytische Systeme bzw. Reaktoren aufgebaut, in denen Algenzellen unter LED- oder Sonnenlicht und geeigneten Katalysatoren photokatalytisch oxidiert werden. Das Projekt hat das Ziel, die Extraktion von Lipiden über eine Photokatalyse zu validieren. Die Photokatalyse mittels eisenhaltiger Nanopartikel ermöglicht dabei eine Aufkonzentration der Algen ohne Einsatz von Separatoren, einen Aufschluss der Zellen ohne den Einsatz von Lösungsmittel und ein umweltfreundliches Recyceln der Nanopartikel durch den Einsatz eines Magnetfeldes. Das Vorhaben gliedert sich in 4 Arbeitspakete (AP): AP 1: Nanopartikel Geeignete Katalysatoren werden für 3D- und 2D-Photokatalyse formuliert. AP 2: Analytik Es erfolgen eine Verifizierung des Zellaufschlusses und der photokatalytischen Eigenschaften, sowie Nachweise von Nanopartikeln. Weiterhin werden die Photokatalysatoren charakterisiert. AP 3: Photokatalyse Die photokatalytischen Reaktionen werden in 3D- und 2D-Systemen durchgeführt: Bei der Umsetzung in 3D-Systemen werden die katalysatorhaltigen Algendispersionen in einem Photoreaktor mit Licht bestrahlt, um oxidationsfähige Radikale zu erzeugen. In 2D-Systemen werden Photokatalysator-Dünnschichten verwendet. AP 4: Verwertungsplan Eine Erhöhung der Algenkonzentration auf mindestens 15 g/l Trockengewicht ermöglicht eine wirtschaftliche Umsetzung und Verwertung.
Einführung: Bereits seit einigen Jahren werden bei der Sanierung von Grundwasserschadensfällen so genannte permeable reaktive Barrieren (PRB, auch 'Reaktionswände' genannt), erfolgreich zur Sicherung von Kontaminationsfahnen eingesetzt. Das hier mit Abstand am häufigsten eingesetzte reaktive Material ist Eisengranulat. Metallisches Eisen ist ein wirksames Reduktionsmittel für ein breites Spektrum an organischen oder anorganischen Kontaminationen. Chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie etwa die früher häufig eingesetzten Lösungsmittel Tetrachlormethan, Trichlorethylen oder Perchlorethylen gehören dabei zu den häufigsten und problematischsten Kontaminanten. Neben dieser Blockade von Ausbreitungen von Kontaminationsfahnen ist in den letzten Jahren immer mehr das Ziel in den Vordergrund gerückt, die sogenannten Schadensherde (Bereiche im Boden mit höchster Konzentration an Schadstoffen) direkt mit geeigneten Reduktionsmitteln wie Eisen zu behandeln, um so zu einem wesentlich beschleunigten Abbau der gesamten Schadstoff - Altlast zu kommen, was erhebliche wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen würde. Um das hierzu benötigte reaktive Eisen in ausreichenden Mengen (in feiner Verteilung) in diese Schadstoffherde im Erdreich zu bringen, bieten sich wässrige Dispersionen mit Eisen-Nanopartikeln an. Diese Dispersionen sollen einfach über Bohrlöcher möglichst in den Bereich des jeweiligen Schadstoffherdes gepumpt werden, sich dort über den gesamten, stark kontaminierten Bereich verteilen und dann den gewünschten Schadstoff-Abbau bewerkstelligen. Verschiedene Versuche und Projekte mit diesem Ansatz wurden inzwischen bereits in verschiedenen Ländern durchgeführt. Das größte hier auftretende Problem (neben Kostenfaktoren, technischen Herausforderungen wie der Lokalisierung von Schadstoffherden oder dem Monitoring des Schadstoffabbaues etc. ) besteht bislang darin, dass die derzeit verfügbaren Eisen-Nanopartikel - Dispersionen bei Kontakt mit dem Grundwasser (bzw. Erdreich) sehr schnell zur Agglomeration (Ausfällung zusammengelagerter Eisenpartikel zu unlöslichen Produkten) neigen. Dies führt dazu, dass sie sich (ausgehend von der Eintrittsstelle am Bohrloch) oft nur wenige Zentimeter innerhalb der Schadstoffherde ausbreiten können und somit bei größeren Schadstoffherden kein ausreichender Erfolg beim Schadstoffabbau erzielt werden kann.
An einem Drittel der geschätzten 2000 erheblich kontaminierten Standorte in Österreich sind chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) vorhanden. Da es sich dabei vor allem um chemische Reinigungen und metallverarbeitende Betriebe handelt, befindet sich ein großer Anteil der belasteten Standorte auf verbautem Gebiet, wodurch sich dort meist nur in-situ Methoden (= Behandlung des kontaminierten Bereiches in natürlicher Lage) zur Sanierung eignen. In diesem Projekt werden zwei in-situ Methoden, der biotische Abbau durch Bakterien und abiotischer Abbau durch Eisenpartikel kombiniert. Durch diese Kombination können potenzielle Nachteile der Einzelmethoden vermindert und die Steuerbarkeit der ablaufenden Prozesse erhöht werden. Bei der chemischen Methode handelt es sich um reduktiven Abbau durch elementares Eisen (Fe0), bei der Chlorid-Ionen durch Übertragung von Elektronen von Fe0 auf die CKW abgespalten werden. Bei der biologischen Methode handelt es sich um den Einsatz von strikt anaeroben Stämmen des Bakteriums Dehalococcoides, die unter Nutzung von Wasserstoff CKW dechlorieren (d.h. Chloratome abspaltet). Durch Kombination der beiden Verfahren kann Wasserstoff, der durch die gleichzeitig ablaufende Reaktion von Fe0 mit Wasser gebildet wird von den Bakterien zum weiteren CKW-Abbau genutzt werden. Dadurch kann einerseits die Menge an eingesetztem Fe0 und somit Kosten eingespart werden und darüber hinaus besteht die Möglichkeit den bakteriellen Abbau von CKW durch die kontinuierliche Bereitstellung von Wasserstoff (die sonst nur schwer steuerbar ist, da sie vom Vorhandensein anderer bakterieller Konsortien abhängt) besser zu kontrollieren. In Mikroksomos-Experimenten, werden unterschiedliche Bakterienkulturen in Kombination mit ausgewählten Eisenpartikeln bei unterschiedlichen Anfangsparametern (z.B.: Kohlen-stoffquelle und Nährstoffe) in Bezug auf die Schadstoffentfernung ausgetestet. In diesen Experimenten werden die Reaktionswege des Wasserstoffs im Wasser und des Kohlenstoffs in den CKW mit Hilfe von Stabilisotopenmarkierungen (D2O, 13C-markierte CKW) und von Phospholipidfettsäure (PLFA)-Analysen verfolgt. Im Rahmen des Projekts BIANO ('Sanierung von CKW-Altlasten durch Unterstützung des mikrobiellen Abbaus mit nullwertigem Nanoeisen') wird ein Lysimeter-Experiment unter realitätsnahen Bedingungen durchgeführt. Im Zuge dieses Lysimeter-Versuchs sollen auch Erkenntnisse über die vorherrschende mikrobielle Situation für dieses Projekt gewonnen werden. Anschließend werden die in den Batch-Versuchen und dem Lysimeter-Versuch gewonnenen Ergebnisse in Säulenversuchen über einen längeren Zeitraum getestet und bei Bedarf adaptiert. Auf Basis der die in diesem Projekt erarbeiteten Ergebnisse soll es möglich sein einen Pilotversuch durchzuführen, in dem die kombinierte Anwendung von elementarem Eisen und von Dehalococcoides auf den Abbau von CKW im Grundwasser unter Feldbedingungen getestet wird.
In Baden-Württemberg sind über 11500 altlastenverdächtige Flächen und beinahe 1500 Altlasten (WAABIS-Referenzdatenbank, Stand 12/2005) mit einem geschätzten Sanierungsaufwand in Höhe von 1 bis 2 Mrd. Euro (LUBW) registriert. Dabei stellen CKW, die auf Grund ihrer Dichte bis weit in die gesättigte Zone vordringen und durch ihre Löslichkeitseigenschaften über Jahrzehnte bis Jahrhunderte Schadstoffe emittieren, wohl das größte Gefahrenpotential für das Grundwasser dar. Um weiterer Kontamination der Aquifere und somit einer Gefährdung der Trinkwasservorräte vorzubeugen, muss daher sowohl die Schadstoffquelle als auch die Schadstofffahne saniert werden. Zu den Technologien, die die Schadstoffe in der Quelle oder der Fahne mittels chemischer Prozesse in-situ abbauen gehören z.B. Oxidationsprozesse wie die Anwendung von Permanganaten oder Fentons Reagenz oder die Reduzierung der chlorierten Kohlenwasserstoffen mittels nullwertigem Eisen. Die Injektion von Nano-Eisen in einen kontaminierten Grundwasserleiter hat gegenüber konventionellen reaktiven Wänden den großen Vorteil, dass die Investitionskosten drastisch verringert wären, während die Reaktion wegen der hohen spezifischen Oberfläche des Nano-Eisens eher schneller ablaufen würde. Eine Nano-Eisen-Suspension könnte auch direkt in den Schadstoffherd injiziert werden, wodurch die Anwendung nullwertigen Eisens zukünftig nicht mehr auf den Fahnenabbau reduziert wäre. In Vorversuchen der Antragsteller und anderswo zeigte sich, dass zur erfolgreichen Anwendung der Nano-Eisen-Technologie insbesondere zwei Fragen endgültig beantwortet werden müssen: 1. Manche Kolloide zeigen, auf Grund von Konglomeratbildung, eine eingeschränkte Mobilität, was die Reichweite einer Injektion und somit die Effizienz der Technologie potentiell vermindern kann. 2. Laborergebnisse sind ggf. in Bezug auf Reaktivität, aber nicht in Bezug auf das Transportverhalten direkt auf eine Feldanwendung übertragbar (Upskalingproblematik) Im Rahmen dieses Projekt sollen diese Fragen in enger Zusammenarbeit zwischen Forschungslabor und Industrie detailliert untersucht werden. Es soll gezeigt werden, ob und ggf. wie die Herausforderungen dieser neuen Technologie angegangen und überwunden werden können. Die Untersuchungen sollen auf vorrangig im mittelskaligen Maßstab durchgeführt und durch Pilotanwendungen im Feld ergänzt werden. Der geplante Versuchstand dient als Benchmark , d.h. damit wird es möglich sein, die Nano-Eisen-Suspensionen der verschiedenen Hersteller vergleichend zu testen und damit Empfehlungen für den Vollzug auszusprechen. Kommerziell erhältliche oder derzeit in Forschungslaboren entwickelte Nano-Eisen-Formulierungen sollen auf ihre Anwendbarkeit im Feld untersucht werden. Dazu gehören insbesondere Fragestellungen zur Reaktivität sowie zur Reichweite der Partikel bei einer Injektion in verschiedene Bodenarten (Einflussradius).
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 23 |
| Weitere | 1 |
| Wissenschaft | 15 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 17 |
| Text | 3 |
| unbekannt | 4 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 7 |
| Offen | 17 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 22 |
| Englisch | 7 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 4 |
| Keine | 10 |
| Webseite | 13 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 20 |
| Lebewesen und Lebensräume | 21 |
| Luft | 24 |
| Mensch und Umwelt | 24 |
| Wasser | 21 |
| Weitere | 24 |