Zielsetzung:
Trotz einer Elimination von Phosphor (P) auf kommunalen Kläranlagen in Deutschland von derzeit im Mittel ca. 93 % (vgl. DWA, 2021) reicht die Reinigungsleistung in vielen Gewässereinzugsgebieten nicht aus, um den nach der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (2000) geforderten guten ökologischen Zustand zu erreichen. Hierfür gilt für die meisten Gewässer ein Orientierungswert im Gewässer von meist 0,1 mg/L Gesamtphosphor (Pges) (OGewV 2016). Obwohl an größere Kläranlagen mit einer Anschlussgröße von > 100.000 Einwohnerwerten (EW) bereits die strengsten emissionsbezogenen Mindestanforderungen von 1,0 mg/l Pges im Kläranlagenablauf gestellt werden, sind oftmals weitergehende technische und platzsparende Verfahren wie Flockungsfiltration erforderlich, um P-Einträge in Gewässer weiter zu reduzieren. Einwohnerbezogen besteht bei den kleineren und mittleren Anlagen bis zu ca. 50.000 EW jedoch ein großes Potenzial, P-Emissionen zu verringern, wobei hier wartungsarme Technologien von Vorteil sind. Dazu gehören modifizierte Bodenfilter, die gerade auch unter Berücksichtigung des gegenwärtigen Fällmittelengpasses zu einer Verminderung der P-Einträge beitragen können. Durch den Einsatz von Bodenfiltern mit regenerierbaren Filtermaterialien mit hoher P-Sorptionskapazität besteht die Chance, dass sich langfristig ein niedrigerer P-Grenzwert von < 0,1 mg/l Pges einhalten lässt.
In 'BoFi+' sollen die konstruktiven Merkmale und die Betriebsstrategien von modifizierten Bodenfiltern untersucht und deren Eignung zur weitergehenden P-Elimination aus Abläufen kommunaler Kläranlagen bewertet werden. Dazu wird das Verständnis der chemisch-physikalischen und mikrobiologischen Prozesse (Adsorption, Fällung, Filtration, biologische Aufnahme) der P-Elimination im Bodenfilter bei Einsatz verschiedener Materialien und Materialmischungen verbessert und die Eignung unterschiedlicher Filtermaterialien zur P-Elimination erprobt. Zur Einsparung natürlicher Ressourcen und um ein standardisiertes Produkt herstellen zu können, erfolgt auch die Untersuchung geeigneter Baustoffrezyklate, leichter Gesteinskörnungen sowie von Hydrothermalgranulaten, die aus mineralischen Bau- und Abbruchabfällen über einen chemischen Stoffwandlungsprozess hergestellt werden. Dabei werden für die P-Elimination maßgebende Materialeigenschaften identifiziert, sodass zukünftig solche Filtermaterialien schneller beurteilt und für eine weitergehende P-Elimination in Bodenfilteranlagen eingesetzt werden können.
Im Rahmen eines internationalen Programms der International Union of Biological Sciences (IUBS) wurde die Universitaet Osnabrueck damit beauftragt, aufgrund ihrer Vorarbeiten sogenannte Element-Konzentrations-Kataster fuer unterschiedliche Oekosysteme und Oekosystemkompartimente aufzustellen. Hierunter versteht man eine chemisch-analytische Totalcharakterisierung von Systemen aufgrund ihrer elementaren Zusammensetzung. Die Forderung nach einer vollstaendigen Analytik auf oekosystemarer Ebene macht die Entwicklung repraesentativer Probenahmeprogramme fuer Pflanzen, Tiere, Boeden, Wasser und Luft notwendig. Besondere Schwierigkeiten liegen aber auch in der Waschung, Trocknung und kontaminationsfreien Homogenisierung grosser Probenmengen. Hohe Anforderungen werden an die Methoden der instrumentellen Analytik gestellt, durch deren Einsatz insbesondere auch solche Elemente untersucht werden koennen, denen in der Vergangenheit wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde (z.B. den Lanthaniden und den Platinmetallen). Unsere Untersuchungen sollen einen Beitrag zum besseren Verstaendnis der Verteilung, Aufnahme und Toxizitaet eines Grossteils der Elemente des periodischen Systems liefern. Hierzu ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Analytikern und Oekologen auf nationaler und internationaler Ebene notwendig.
Samples of sulfide-hosted platinum-group element (PGE) mineralization from the Rum layered intrusion (NW Scotland) were studied to elucidate the crystallization history of base-metal sulfide in magmatic ore deposits. A corollary aim was to examine the controls on platinum-group mineral exsolution from sulfide in these settings. Secondary ion mass spectrometry data for sulfides reveal significant sulfur isotopic heterogeneity in all of the Rum sulfide-bearing materials studied. For example, in a PGE-rich chromitite, we find a range of δ34S exceeding 10‰ (-4.3 to +5.9‰) in base-metal sulfides within an area of <1 cm2. Similar ranges of δ34S heterogeneity (~10‰), albeit shifted to values as low as -15‰, are observed in disseminated sulfides in troctolite and peridotite lithologies sampled from the intrusion margins. The relatively light δ34S end member reflects crustal contamination of the Rum parental magmas (with δ34S of +1.9‰) during construction of the intrusion. We attribute the extension to relatively heavy δ34S in all samples to loss of sulfur due to sulfide breakdown at relatively low temperatures; on the basis of Rayleigh distillation modelling we estimate <100 °C. Degradation of primary sulfide (pyrrhotite, pentlandite and chalcopyrite) is observed in the textures of all samples, as are low sulfur phases such as chalcocite and digenite that are generally interpreted to result from low temperature oxidation processes. The chromitite sulfides have S/Se values as low as 600, also signifying sulfur loss. In situ PGE abundance measurements in sulfides from all samples indicate that desulfurization affected precious metal tenors in the chromitite sulfides more than the other samples, and there is a strong spatial pattern of PGM occurring at sulfide margins and within Fe-oxide produced by sulfide breakdown. Collectively, our new results suggest that low temperature sulfur loss, possibly as aqueous sulfate during alteration at low fluid-rock ratios, was capable of significantly modifying, but not completely erasing, primary isotopic heterogeneity in the Rum system. Aside from the effects of sulfur mobility in precious metal ore deposits, these findings highlight the micron-scale distances over which sulfur isotope heterogeneity occurs in sub-volcanic basaltic systems and show that sulfur mobility in such settings may continue to very low temperatures.
Discordant iron-rich ultramafic pegmatites (IRUPs) intersect the UG2 chromitite at many places in the Bushveld Complex but the effects on ore grade and mineralogy have rarely been studied in detail. We investigated a drillcore profile through the UG2 layer affected by IRUP intrusions at Tha-ba mine, NW Bushveld. The work involved quantitative assessment of the ore mineralogy from mineral liberation analysis (MLA), chemical analyses of the main silicate and oxide minerals by elec-tron microprobe (EPMA) and micro-X-ray fluorescence (micro-XRF) element maps of the UG2-IRUP contacts.
The data reveal features of UG2-IRUP interaction at different scales. The micro-XRF study of the contacts shows that a thin layer of Fe-Ti-Cr spinel and ilmenite formed on the IRUP side, while chromite on the UG2 side underwent grain coarsening with loss of interstitial space, and developed chemical gradients in Cr, Al, Fe and Ti. On a larger scale, the MLA data document changes in ore and gangue mineral assemblages through most of the meter-thick UG2 layer. This includes formation of secondary hydrous silicates, replacement of PGE- sulfides by PGE alloys and PGE- As-Sb-Bi-Te-Pb phases, and formation of secondary Ni-Cu-Fe sulfides after pentlandite and chalcopyrite.