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Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Messungen stabiler Isotopenverhältnisse in flüchtigen organischen Verbindungen im Ausfluss von Ballungszentren. Dieser Antrag ist ein Beitrag zu den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-ASIA

Die Auswirkungen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) auf die Luftqualität und damit auf die Gesundheit der Menschen auf lokaler oder regionaler Skala sind direkt offenkundig durch die schädlichen Effekte auf die Lebenswelt. Noch bedeutender ist die kritische Rolle, die VOC in chemischen Prozessen der Atmosphäre einnehmen. Die Bildung vieler sekundärer organischer Schadstoffe in der Atmosphäre wie Ozon, Peroxide, Aldehyde, Peroxyacetylnitrate und sekundäre organische Aerosole hängt entscheidend von der Verfügbarkeit der VOC und ihrer Vorläufersubstanzen ab. Wir planen die Messung von Isotopenverhältnissen und Konzentrationen spezifischer VOC in der Abluft großer Ballungszentren (MPC) in Europa und Asien durch Einsatz des Luftprobensammlers MIRAH auf den HALO-Missionen EMeRGe-EU und EMeRGe-Asia. Die Luftproben werden im Labor mittels Gaschromatographie-Verbrennungs-Isotopen-Massenspektrometrie analysiert. Isotopenverhältnisse in VOC sind wertvolle Indikatoren zur Untersuchung von Reaktionen, die derzeitigen Messverfahren nicht direkt zugänglich sind. Transport- und Mischungsprozesse in der Atmosphäre können damit visualisiert werden, wertvolle Information über dominante Prozesse, an denen VOC beteiligt sind, gewonnen werden. Bereits in den letzten HALO-Missionen, TACTS/ESMVal und den beiden OMO-Missionen, konnten wir zeigen, dass die beantragte Messmethode ein sensitives Werkzeug ist, z.B. für Quellstudien von VOC, zur Ableitung von Transportwegen und deren Einfluss auf die Verteilung der VOC, zur Abschätzung des Mischungsgrads, der Unterscheidung zwischen dynamischen und chemischen Prozessen, als auch zur Untersuchung atmosphärischer Umwandlung und Verweilzeit spezifischer VOC. Die Wertstellung dieser Ergebnisse wird sogar noch gesteigert durch den Vergleich mit Ergebnissen aus 3-dimensionalen Chemie-Transport-Modellen. Die folgenden geplanten wissenschaftlichen Zielsetzungen betten sich in die übergreifenden Ziele von EMeRGe-EU and EMeRGe-ASIA: (1) Messung der Zusammensetzung der in Europa und Asien entspringenden Schadstofffahnen und Bestimmung des Beitrags bestimmter VOC an der Zusammensetzung der Atmosphäre; (2) Bestimmung der weitreichenden Luftverschmutzung sowie deren Einfluss auf die Verteilung bestimmter VOC; (3) Identifizierung möglicher Unterschiede im Transport und der Umwandlung von VOC, die mit besonderen einzigartigen Charakteristiken europäischer und asiatischer MPCs verbunden sind; (4) Identifizierung von Oxidations- und Zwischenprodukten des VOC-Abbaus; (5) Informationsgewinnung über Oxidationswege durch Messung von Vorläufer- und Oxidationsprodukten; (6) Altersbestimmung von Luftmassen in unterschiedlichen Stadien der Schadstofffahnen; (7) Gegenüberstellung photochemischer Prozessierung gegen Transport und Mischung; (8) Verbindung der Informationen aus Isotopenverhältnissen mit bestimmten regionalen meteorologischen Daten; (9) Bereitstellung der Messdaten für Chemietransportmodelle.

Ressortforschungsplan 2024, Ausschleusung von Schadstoffen aus Stoffkreisläufen mittels thermischer Verfahren

Die thermische Abfallbehandlung erfüllt im Rahmen der Circular Economy gleich mehrere Aufgaben: - Gewährleistung der Entsorgungssicherheit als Beitrag zur Daseinsvorsorge unter Ausnutzung vorhandener Potenziale zur Energiebereitstellung und Wertstoffgewinnung - Zerstörung und Ausschleusung von Schadstoffen aus dem Stoffkreislauf und das Bindeglied zwischen Stoffumwandlung und Energie. Thermische Abfallbehandlungsanlagen (TAB) erfüllen bereits heute höchste Umweltstandards, u.a. zur Emissionsminderung. Die absehbaren Entwicklungen zielen auf eine weitere Absenkung der Emissionswerte, optimierte Energieausnutzung, Recycling von Endprodukten aus der thermischen Behandlung. Die thermische Abfallbehandlung in ihrer Funktion als Schadstoffsenke ist essentielle Voraussetzung für das hochwertige Recycling bestimmter Abfallfraktionen und konzentriert sich dabei vor allem auf organische Schadstoffe, die dem Stoffkreislauf entzogen werden müssen. Dabei liegt besonderes Interesse auf den POPs (z.B. bromierte Dioxine) aufgrund deren besonderer Produkteigenschaften wie hohe Stabilität aber die gleichzeitig damit verbundene schwere Abbaubarkeit sowie einigen fluorierten Verbindungen (PFAS). Um die die Funktion der Schadstoffentfrachtung von Stoffströmen sicher erfüllen zu können, sind Kenntnisse über die thermische Zersetzung dieser Stoffgruppen notwendig, die über das geplante Vorhaben generiert werden sollen. Hierzu sind entsprechende Kenntnisse über das Ausgangsmaterial (Abfallanalyse Bauabfälle, Sortierreste Verpackungssortierung (DSD), Gewerbeabfälle) durch die Auswahl geeigneter Leitsubstanzen oder Summenparameter in Verbindung mit der Auswahl geeigneter Messmethoden zu erarbeiten. Weiterhin sind Emissionsmessungen an großtechnischen Anlagen durchzuführen, wobei die Emissionsmessungen aufgrund von Abfallanalysen und den dabei als sinnvoll erkannten Leitparametern erfolgen sollen.

Wirkung von Umweltschadstoffen auf Fischgewebe

In vivo-Belastung von Fischen (Regenbogenforelle, Zebrabaerbling, Goldorfe, Aal, Medaka) mit organischen Schadstoffen. Ziel: Entwicklung eines Biomonitoring-Modells fuer den Nachweis subletaler Veraenderungen durch umweltrelevante Konzentration von organischen Schadstoffen auf der Basis cytologischer und biochemischer Untersuchungen. Bisher untersuchte Schadstoffe: 4-Nitrophenol, 4-Chloranilin, Atrazin Endosulfan, Lindan, Dinitro-o-kresol, Disulfoton, Linuron, Tributylzinnoxid, Triphenylzinnacetat, Ochratoxin, Malachitgruen, Nonylphenol, Estradiol, Estradiolsulfat.

Pflanzenbiotechnologie zur Beseitigung organischer Schadstoffe aus Abwasser und Altlasten

Das Projekt wird im Rahmen der Aktion COST 837 entwickelt. (Pflanzenbiotechnologie zur Beseitigung organischer Schadstoffe und toxischer Metalle aus Abwasser und Altlasten; Internet: http//lbewww.epfl.ch/COSTB37): 1. Studieren welche Pflanzen es ermoeglichen aromatische Sulfatkomponente sowie Pestizide zu akkumulieren, zu transformieren und abzubauen. 2. Entwickeln und testen, auf kleiner Ebene, von Pflanzensystemen die fuer die Behandlung industrieller Abwasser und Standorte, die durch organische persistente Schadstoffe verunreinigt wurden, eingesetzt werden koennen. Charakterisieren und verstehen der physiologischen und biochemischen Mechanismen, welche zur Ansammlung. Transformation und Abbau der verschieden organischen Schadstoffe fuehren.

Entwicklung eines Technologiekonzeptes für die Behandlung industrieller Prozesswässer mittels eines photokatalytisch gestützten Niedertemperaturplasma-Prozesses, Teilprojekt 2

Stoffeinträge aus der Atmosphäre in die Nordsee

Die Stoffeinträge aus der Atmosphäre in die Nordsee von Blei, Cadmium, Quecksilber und weiteren Schwermetallen sind seit den 1990ern rückläufig; ebenso wie Einträge von Stickstoffverbindungen und organischen Schadstoffen. Depositionsmessungen der UBA Messstelle Westerland tragen im Rahmen von EMEP dazu bei Stoffeinträge unterschiedlicher Schadstoffe im gesamten Bereich der Nordsee zu modellieren. Messungen an der UBA-Luftmessstelle Westerland Messungen an der ⁠ UBA ⁠-Luftmessstelle Westerland an der Nordseeküste zeigen einen Rückgang der nassen Depositionen der Schwermetalle Blei, Cadmium, Quecksilber (siehe Abb. „ Nasse Depositionen von Quecksilber (Hg), Kobalt (Co), Cadmium (Cd), Arsen (As) und Chrom (Cr) an der UBA-Luftmessstelle Westerland“ und Abb. „Nasse Depositionen von Vanadium (V), Nickel (Ni), Blei (Pb) und Mangan (Mn) an der UBA-Luftmessstelle Westerland“). Als nasse ⁠ Deposition ⁠ werden die Stoffeinträge mit nassen Niederschlägen wie Regen und Schnee bezeichnet. Die Messungen an der UBA-Luftmessstelle Westerland zeigen auch einen Rückgang der nassen Depositionen der Organochlorpestizide g-Hexachlorcyclohexan und a-Hexachlorcyclohexan. Dort sank die nasse Deposition des Insektizids ⁠ Lindan ⁠ (g-Hexachlorcyclohexan) von 2000 bis 2023 um mehr als 90% (siehe Abb. „Nasse Depositionen ausgewählter POPs für die UBA-Luftmessstelle Westerland“), während bei den Depositionen der polyzyklischen Aromaten (⁠ PAK ⁠) Benzo[a]anthracen, Benzo[a]pyren, Dibenz[ah]anthracen und Indeno[1,2,3-cd]pyren im gleichen Zeitraum teilweise schwankende Depositionen erkennbar sind. Nasse Depositionen von Quecksilber, Kobalt, Cadmium, Arsen und Chrom ... Luftmessstelle Westerland Quelle: Luftmessnetz des Umweltbundesamtes Diagramm als PDF Nasse Depositionen von Vanadium, Nickel, Blei und Mangan an der Luftmessstelle Westerland Quelle: Luftmessnetz des Umweltbundesamtes Diagramm als PDF Nasse Depositionen ausgewählter POPs für die UBA-Luftmessstelle Westerland Quelle: Luftmessnetz des Umweltbundesamtes Diagramm als PDF Weniger Schadstoffe aus der Luft Modellrechnungen zur Abschätzung der Stoffeinträge aus der ⁠ Atmosphäre ⁠ in die Nordsee wurden im Rahmen von EMEP , dem Europäischen Beobachtungs- und Auswerteprogramm der Genfer Luftreinhaltekonvention der ⁠ UN ⁠/ECE, exemplarisch für ausgewählte Stoffe durchgeführt. Diese Modellrechnungen wurden für den Quality Status Report der ⁠ OSPAR ⁠ Commission aufbereitet. Die modellierten Depositionen für drei Schwermetalle sowie für Stickstoff werden hier vorgestellt. Bei den Schwermetallen nahm die ⁠ Deposition ⁠ von Cadmium im Zeitraum 1990 – 2019 mit 83 % am stärksten ab. Auch die Einträge der Schwermetalle Quecksilber und Blei aus der Luft gingen zurück: die von Quecksilber um 44 % sowie die von Cadmium um 73 % (siehe Abb. „Entwicklung der Gesamtdepositionen von Blei, Cadmium und Quecksilber in die Nordsee“). Die Stickstoffeinträge aus der Atmosphäre verringerten sich im Zeitraum 1995 bis 2019 um etwa 39 %. Dies war auf den Rückgang des Eintrags von Stickstoffverbindungen, die hauptsächlich durch Verbrennungsprozesse (z. B. Verkehr, Kraftwerke) in die Atmosphäre gelangten (oxidierter Stickstoff, N ox ) zurückzuführen (Rückgang von N ox um ca. 49 %), während der Eintrag von Stickstoffverbindungen, die hauptsächlich aus der Landwirtschaft stammten (reduzierter Stickstoff, N red ) eine geringere Abnahme zeigte (siehe Abb. „Entwicklung der Gesamtdeposition von Stickstoff in die Nordsee“). Entwicklung der Gesamtdepositionen von Blei, Cadmium und Quecksilber in die Nordsee Quelle: EMEP Diagramm als PDF Entwicklung der Gesamtdepositionen von Stickstoff in die Nordsee Quelle: EMEP 6_abb_gesamtdepositionen-ns_2024-11-12.pdf Messen und Modellieren zur Abschätzung der Stoffeinträge Abschätzungen der Stoffeinträge aus der ⁠ Atmosphäre ⁠ in die Nordsee stützen sich auf Messungen der ⁠ Deposition ⁠ ausgewählter Substanzen an Küstenstationen sowie auf Berechnungen mit speziellen atmosphärischen Chemie-Transportmodellen. Solche Modellierungen werden zum Beispiel im Rahmen von EMEP , also dem Europäischen Beobachtungs- und Auswerteprogramm der Genfer Luftreinhaltekonvention der ⁠ UN ⁠/ECE, durchgeführt. Für diesen Artikel wurden die Ergebnisse der EMEP-Modellrechnungen für den Zeitraum 1990 bzw. 1995 bis 2019 verwendet. Datenquellen: UN/ECE EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( https://www.emep.int /) ⁠ OSPAR ⁠ Quality Status Report 2023 ( https://www.ospar.org/work-areas/cross-cutting-issues/qsr2023 ) Schwermetalle EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( http://www.emep.int/ ), EMEP ⁠ MSC ⁠-w ( https://www.emep.int/mscw/index.html# ), Stand: 21.03.2023; OSPAR, Inputs of Mercury, Cadmium and Lead via Water and Air to the OSPAR Maritime Area ( https://oap.ospar.org/en/ospar-assessments/quality-status-reports/qsr-2023/indicator-assessments/inputs-heavy-metals/ ), Stand: 21.03.2023 EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( http://www.emep.int/ ), EMEP ⁠ MSC ⁠-w ( https://www.emep.int/mscw/index.html# ), Stand: 21.03.2023; OSPAR, Inputs of Mercury, Cadmium and Lead via Water and Air to the OSPAR Maritime Area ( https://oap.ospar.org/en/ospar-assessments/quality-status-reports/qsr-2023/indicator-assessments/inputs-heavy-metals/ ), Stand: 21.03.2023 Stickstoff EMEP, Ergebnisse der Modellierung ( http://www.emep.int/ ), EMEP MSC-w ( https://www.emep.int/mscw/index.html# ), Stand: 21.03.2023; EMEP MSC-W Report for OSPAR ( https://oap-cloudfront.ospar.org/media/filer_public/3f/f6/3ff69c1a-dde0-4898-b44e-165a8174c3c7/p00896_emep_w_qsr2023.pdf ), Stand: 21.03.2023.

Wirkungsdauermessprogramm (WDMP)

Beobachtung immissionsbedingter Wirkungen an 14 Standorten in NRW: Gehalte an Schwermetallen und organischen Schadstoffen in Futter- und Nahrungspflanzen (Gras, Grünkohl), Gehalte an Schwermetallen in der Deposition

RUBIN - PhoTech - VP2 Innenraumluft

Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau

Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.

Wirkung von Ozon auf organische Wasserschadstoffe

Identifizierung und quantitative Bestimmung der bei der Ozonierung von Wasser aus den darin enthaltenen organischen Stoffen entstehenden Produkten in Abhaengigkeit von Reaktionszeit und der Ozondosis. Untersuchung der Moeglichkeit zur biologischen Nachreinigung ozonierter Abwaesser.

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