Die Ozonierung ist eine etablierte Technologie zur effizienten Oxidation von organischen Spurenstoffen in der Wasseraufbereitung. Ein wesentlicher Nachteil bei der Anwendung von Ozon ist die Bildung von stabilen und potenziell toxischen Ozonungsprodukten (OPs). Kritisch sind wegen ihrer Langlebigkeit vor allem biologisch stabile OPs. Unmöglich kann die Reaktion aller relevanter CECs mit Ozon, die dabei entstehenden OPs und deren biologische Stabilität untersucht werden. Vielmehr ist es notwendig, basierend auf dem systematischen Studium funktioneller Gruppen Kenntnisse zu generieren, die auf andere Stoffe übertragbar sind. Bislang wurden solche systematischen Studien aber nicht durchgeführt. Noch größer ist die Wissenslücke bei den im Abwasser vorliegenden organischen Kohlenstoffverbindungen (engl.: effluent organic matter, EfOM). Zwar belegt die Ozonzehrung von EfOM dessen Reaktivität gegenüber Ozon, aber welche funktionellen Gruppen reagieren, welche Produkte gebildet werden und wie biologisch stabil diese sind, ist gerade für EfOM mit Heteroatomen (N, S) nicht untersucht. Dieses Vorhaben will beide Lücken durch ein komplementäres analytisches und experimentelles Vorgehen schließen, mit dem gemeinsamen methodischen Ansatz der Einführung einer Markierung in die OPs durch Verwendung von 18O-Ozon und der nachfolgenden Detektion und Identifizierung der OPs mithilfe der (ultra-hochauflösenden) Massenspektrometrie. Das Vorhaben basiert auf der zentralen Hypothese, dass die Reaktion von Ozon sowohl mit bestimmten funktionellen Gruppen organischer Spurenstoffe als auch mit äquivalenten Gruppen des EfOM zu einer vorhersagbaren Bildung von OPs führt. Es zielt darauf ab, i) unser Verständnis der Reaktivität verschiedener funktioneller Gruppen gegenüber Ozon zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf der Identifikation biologisch schwer abbaubarer Funktionen innerhalb der OPs liegt, ii) ozon-reaktive funktionelle Gruppen im EfOM basierend auf bestehendem Wissen zur Transformation von Spurenstoffen zu identifizieren, wobei der Schwerpunkt auf N- und S-haltigen funktionellen Gruppen liegt, welche potentiell chemisch stabile OPs bilden, und iii) die Bedeutung des EfOM im Hinblick auf die Bildung biologisch schwer abbaubarer OPs in der Ozonierung von Abwasser zu bewerten. Dazu soll der biologische Abbau der OPs anhand deren spezifischen funktionellen Gruppen in Säulen-Abbauversuchen und einer simulierten Grundwasseranreicherung untersucht werden. Mit dem neuen Ansatz der Markierung sind wir in der Lage, OPs von CECs ebenso wie von EfOM sicher zu detektieren, besser zu identifizieren und ihre Stabilität gut zu verfolgen. Das Vorhaben generiert ein systematisches und übertragbares Verständnis zur Bildung stabiler OPs basierend auf funktionellen Gruppen organischer Moleküle, von CECs wie von EfOM. Erst wenn die Stabilität der möglichen OPs untersucht ist, wird auch eine systematische toxikologische Bewertung der Ozonung als Wasseraufbereitungsmethode möglich.
Die Hecking Deotexis GmbH ist ein 150 Jahre altes, mittelständisch geprägtes Textilunternehmen am Standort Neuenkirchen. Das Unternehmen stellt Oberbekleidungsstoffe für Damen und Herren her. Es verfügt über eine Weberei, Färberei und Ausrüstung. So werden u. a. Baumwolle und Elastomerfäden mit Reaktivfarbstoffen und Pigmenten gefärbt. Eine Besonderheit ist die Indigo-Kettfärbeanlage für Jeans. Die Firma plant die Errichtung einer neuen Anlage, wo die konzentrierten Abwässer aus der Färberei von Baumwollwebware mit Hilfe eines Ozonungsverfahren entfärbt und praktisch vollständig wieder verwendet werden sollen. Dazu sollen die konzentrierten Farbabwässer aus den verschiedenen Behandlungsstufen zusammengeführt und in einem Reaktor mit Ozon entfärbt werden. Die Ozonungsanlage wird in eine neue betriebliche Anlage integriert. Die Wiederverwendung des entfärbten Abwassers kann allerdings wegen der Aufkonzentrierung der Salze nicht im kompletten Kreislauf stattfinden. Die eine Hälfte soll als Waschwasser wieder in die Farbnachwäsche gehen, d.h. im eigentlichen Färbeprozess wieder eingesetzt werden, die andere Hälfte soll für innerbetriebliche Prozesse wie das Reinigen von Gefäßen und Ansatzbehältern genutzt werden. Dieses hat eindeutige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren. So ist kein Einsatz zusätzlicher Chemikalien notwendig, es erfolgt eine Verringerung der anfallenden Klärschlammmenge und eine Einsparung von über 5000 Kubikmeter Frischwasser pro Jahr. Auch die kommunale Kläranlage, in die die Färbeabwässer bislang ungeklärt eingeleitet wurden, wird deutlich entlastet. Allerdings liegt der Energiebedarf bei der Ozonung höher, soll aber durch eine Optimierung des Verfahrens gesenkt werden.
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.
Oxidationsverfahren werden seit Jahrzenten in der Wasseraufbereitung z.B. zur Desinfektion eingesetzt. In den letzten Jahren wird zudem Ozon als mögliche Aufbereitungsstufe für den Abbau von Schadstoffen in der Abwasseraufbereitung diskutiert und z. T. eingesetzt. Da Schadstoffe in der Regel nicht mineralisiert werden, kommt es zur Bildung einer Vielzahl von Transformationsprodukten, die in manchen Fällen eine größere toxische Wirkung haben können als ihre Ausgangssubstanzen. Diese Transformationsprozesse sind sehr komplex und wurden in den letzten Jahren intensiv in definierten Reinstwassersystemen untersucht. Hauptbestandteile der Wassermatrix wie z. B. organisches Material können jedoch ebenfalls in die Reaktionen eingreifen und ggf. die Bildung von Tranformationsprodukten beeinflussen. Dies ist möglich, da die Komplexen Transformationsprozesse häufig über die Bildung reaktiver Zwischenstufen geschieht. Das sind Übergangsprodukte wie N-zentrierte Radikale (Aminylradikale), die z.B. bei der Ozonung gebildet werden können. Die Reaktion dieser Radiale ist jedoch bisher kaum untersucht, so dass es schwer ist Transformationsreaktionen in Realsystemen vorherzusagen. Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit dem Einfluss von Matrixkomponenten auf Transformationsprozesse. Dabei sollen die Reaktionen reaktiver Zwischenstufen mit Modelverbindungen untersucht werden, die bestimmte funktionelle Gruppen des organischen Materials repräsentieren, wie z.B. phenolische Verbindungen. Im weiteren Projektverlauf soll der Einfluss komplexerer Substanzen wie Huminsäuren untersucht werden. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen Transformationsprozesse in realen Systemen besser zu verstehen und somit die Vorhersage von ggf. problematischen Transformationsprodukten zu erleichtern.