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Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Physikalische und chemische Eigenschaften von Wolkenpartikelresiduen und eisnukleierenden Partikeln in Verbindung mit Wolken in hohen geographischen Breiten vom Mischphasen- bis zum Zirrenniveau (HALO 2020, CIRRUS-HL)

Es wird vermutet, dass Zirruswolken in hohen geographischen Breiten (arktische Zirren), einen positiven „Cloud Radiative Effect“ (CRE) haben und somit zum Phänomen der "Arctic Amplification" beitragen. Das Vorzeichen und die Stärke des CRE arktischer Zirren hängt von deren mikrophysikalischen Eigenschaften, d.h. der Eispartikelkonzentration, dem effektiven Eispartikelradius und dem Eiswassergehalt (IWC), ab. Diese Parameter werden hauptsächlich durch den Eisbildungsprozess (heterogen vs. homogen) und durch den Bildungspfad (in-situ vs. flüssiger Ursprung) bestimmt. Dies impliziert insbesondere für Zirren flüssigen Ursprungs die Beteiligung von eisnukleierenden Partikeln (INP), was deren Häufigkeit, Eigenschaften und Quellen zu Schlüsselfaktoren für die Bildung, die mikrophysikalischen und Strahlungseigenschaften von Zirren in hoher Breiten macht. Informationen über INP in hohen geographischen Breiten im Allgemeinen und in größeren Höhen im Besonderen, extrem rar. Im Rahmen der HALO-Mission CIRRUS-HL wollen wir daher das Wissen hinsichtlich arktischer INP über a) die Charakterisierung von Eispartikel- (IPR) und Wolkentröpfchenresiduen (CPR, Summe aus IPR und Tröpfchenresiduen) in arktischen Zirren und Mischphasenwolken, und b) die vertikal aufgelöste Messung (Mischphase bis Zirrusniveau) von Hochtemperatur INP (> -30°C) außerhalb von Wolken, erweitern. Für die geplanten Untersuchungen werden der HALO-CVI („Counterflow Virtual Impactor“) und der Aerosolpartikelfiltersammler HERA verwendet werden. Hinter dem HALO-CVI werden Instrumente zur physikalischen (Anzahl der Konzentrationen, Partikelgrößenverteilung, BC-Konzentration) und chemischen (Einzelpartikelzusammensetzung, MPI-C) Charakterisierung der IPR und CPR betrieben. Die von HERA gesammelten Filterproben werden im Anschuss an die Kampagne in den TROPOS-Laboratorien hinsichtlich der physikalischen INP-Eigenschaften (Anzahlkonzentrationen und Gefrierspektren) sowie der chemischen Zusammensetzung der Aerosolpartikel analysiert.Bei In-Wolken-Messungen werden der HALO-CVI und HERA kombiniert werden. So können die INP, innerhalb der gesammelten IPR (Zirren) und Wolkentropfenresiduen (CPR, in Mischphasenwolken) identifiziert, quantifiziert und charakterisiert werden. Diese INP könnten potenzielle Vorläufer von Zirrus mit flüssigem Ursprung in hohen Breiten sein.In Verbindung mit den Ergebnissen der im Rahmen von CIRRUS-HL durchgeführten in-situ Messungen wolkenmikrophysikalischer Eigenschaften, sowie der Analyse von Rückwärtstrajektorien der untersuchten Luftmassen werden wir a) bzgl. der Häufigkeit und der Eigenschaften von INP ein bisher einmaliges Schließungsexperiment (innerhalb und außerhalb der Wolke) durchführen, b) das Wissen über die raumzeitliche Verteilung, die Eigenschaften und die Quellen von INP signifikant erweitern und c) tiefe Einblicke in INP-Effekte auf die Bildung und die mikrophysikalischen Eigenschaften von Zirruswolken in hohen geographischen Breiten erhalten.

Hexavalent chromium (Cr(VI)) removal by reduction-coagulation-filtration (RCF) combined with deacidification in drinking water treatment

Excess dissolved carbon dioxide (CO2) is frequently encountered in natural groundwaters, originating from both geochemical and biological processes. In the investigated case, contamination of groundwater with toxic hexavalent chromium (Cr(VI)) occurred due to anthropogenic activities. The co-occurrence of CO2 and Cr(VI) posed a distinct challenge for water treatment, as multiple process steps need to be tailored to remove both substances at the same time. This study investigates an integrated treatment approach specifically developed for groundwater containing elevated levels of both Cr(VI) and CO2. The process combines reduction coagulation filtration (RCF) with ferrous iron (Fe(II)) dosage with limestone filtration for concurrent Cr(VI) removal and water deacidification. A pilot plant with two parallel filters—one filled with dense limestone and the other with porous limestone—was operated under varying Fe(II) dosages (Fe(II), 0.3–1.0 mg/L) and filtration velocities (4.4–15.5 m/h). Results demonstrate that the RCF process achieved efficient Cr(VI) removal at moderate Fe(II) concentrations (<1.0 mg/L), with no breakthrough or reoxidation observed. Limestone filtration efficiently increased pH, calcium concentration, and buffer capacity, thereby decarbonating the water. Porous limestone showed higher reactivity than the dense limestone commonly used. Analysis of backwash sludge confirmed stable chromium retention and low residual metal concentrations in the supernatant. These findings confirm that the integrated RCF–limestone process provides an effective and cost-efficient solution for treating groundwater impacted by anthropogenic Cr(VI) and naturally elevated CO2 concentration. © 2026 The Authors.

Der Einfluss von Regenwuermern auf die Bioverfuegbarkeit von Bentazon und seiner Abbauprodukte im Boden

Viele Pflanzenschutzmittel bilden nicht extrahierbare Rueckstaende im Boden, die konventionellen analytischen Methoden nicht zugaenglich sind. Untersuchungen dieser Pestizidfraktion deuten darauf hin, dass die Belastung des Bodens mit Pflanzenschutzmitteln bisher moeglicherweise unterschaetzt wurde. Das Herbizid Bentazon wird im Boden ueberwiegend in Huminstoffe eingebaut. Da Regenwuermer grosse Bedeutung fuer die Umsetzung organischer Materialien, insbesondere Huminstoffen, haben, wird in Laborexperimenten der Einfluss dieser Tiergruppe auf die Bindung von radioaktiv markierten Bentazonrueckstaenden untersucht. Ferner werden Veraenderungen des Metabolitspektrums im Boden und die Verteilung von Bentazon in Regenwuermern analytisch und autoradiographisch erfasst.

Verbrennung von Hausmuell

Die Entsorgung kommunaler Abfaelle erfordert die Weiterentwicklung des klassischen Muellverbrennungsprozesses mit dem Ziel einer Minderung der Freisetzung von Schadstoffen. Dazu sind umfassende Kenntnisse ueber die Entstehung und das Verhalten einzelner Schadstoffe notwendig. Entsprechende Untersuchungen werden an bestehenden Muellverbrennungsanlagen, insbesondere mit Hilfe der halbtechnischen Testanlage TAMARA des KfK durchgefuehrt. Sie betreffen folgende Problemkreise: 1) Bilanzierung und Verhalten von Schadstoffen mit dem Ziel einer Schadstoffbilanz in Muellverbrennungsanlagen mit unterschiedlichen Gasreinigungssystemen mittels Einsatz moderner Analyseverfahren. 2) Untersuchungen der Verbrennungsvorgaenge im Brennraum und in der Nachbrennkammer von Muellverbrennungsanlagen, insbesondere der Entstehung organischer Schadgase, des chemischen und thermischen Verhaltens von Schwermetallen und der Bildungs-, Emissions- und Zersetzungsmechanismen organischer Schadstoffe einschl. Entwicklung spezieller analytischer Verfahren. 3) Erprobung der Abscheidewirksamkeit verschiedener Entstaubungsverfahren wie Zyklone, Elektro- und Gewebefilter, in Kombination mit nasser Rauchgasbehandlung zur HCl-, Hg- und SO2-Abscheidung. 4) Methodische Entwicklungen zur Schwermetallaugung aus den Filterstaeuben mit der sauren Fluessigphase der Rauchgas-Waesche, zur Abscheidung und Konzentrierung dieser Metalle aus den resultierenden Waessern, mit Hilfe der Testanlagen DORA und KLARA sowie zur Rueckfuehrung der gelaugten Filterstaeube in den Verbrennungsraum, um anhaftende organische Schadstoffe zu zerstoeren (3R-Verfahren).

GC-MS-Analyse zur Unterstuetzung der Charakterisierung und Reinigung kontaminierter Waesser und Schlaemme

In der Bundesrepublik Deutschland, insbesondere im Umfeld Thueringens gibt es eine Vielzahl von Altlasten, die mit den verschiedenen Verfahren der Bodenreinigung saniert werden koennen. Bei kostenguenstigen Verfahren, wie z.B. der Bodenwaesche, bleiben bestimmte Schadstoffraktionen als hochbelastete Waesser und Schlaemme zurueck. Soweit es bei dem derzeitigen Stand der Technik wirtschaftlich moeglich ist, koennen sie weiter aufbereitet werden. Hier kommen verschiedene Verfahren, u.a. Einsatz von Aktivkohle, Hochleistungsbiologie, Strippen, und die chemische Oxidation zum Einsatz. Zur Entwicklung weiterer Verfahren zu diesem Zweck ist es erforderlich, begleitende Untersuchungen der einzelnen Verfahrensschritte zu taetigen, um somit zur Verfahrensoptimierung beizutragen und neuartigen Verfahren den Weg zur Einsatzfaehigkeit zu ebnen. Das Forschungsprojekt soll das Profil der Fachhochschule Erfurt in der Umweltanalytik erweitern sowie Gelegenheit geben, ein ueber den Durchschnitt hinausreichendes Fachwissen zu etablieren. Es soll insbesondere dem Fachbereich Versorgungstechnik, der den Aufbaustudiengang Umwelttechnik mit beinhaltet, ermoeglichen, Wirtschaftsunternehmen vor allem in Thueringen Kooperationsmoeglichkeiten anzubieten, die diese fuer die Entwicklung geeigneter Erzeugnisse, Verfahren und Anlagen nutzen koennen, um somit ihre Wettbewerbsfaehigkeit zu steigern.

Release of hexavalent chromium from ore processing residues and the potential of biochar for chromium immobilization in polluted soils

Chromium (Cr) is introduced into the environment by several anthropogenic activities. A striking ex-ample is the area around Kanpur in the Indian state of Uttar Pradesh, where large amounts of Cr-containing wastes have been recently illegally deposited. Hexavalent Cr, a highly toxic and mobile contaminant, is present in significant amounts in these wastes, severely affecting the quality of sur-roundings soils, sediments, and ground waters. The first major goal of this study is to clarify the solid phase speciation of Cr in these wastes and to examine its leaching behavior. X-ray diffraction and synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy techniques will be employed for quantitative solid phase speciation of Cr. Its leaching behavior will be studied in column experiments performed at un-saturated moisture conditions with flow interruptions simulating monsoon rain events. Combined with geochemical modeling, the results will allow the evaluation of the leaching potential and release kinetics of Cr from the waste materials. The second major goal is to investigate the spatial distribution, speciation, and solubility of Cr in the rooting zone of chromate-contaminated soils surrounding the landfills, and to study the suitability of biochar as novel soil amendment for mitigating the deleterious effects of chromate pollution. Detailed field samplings and laboratory soil incubation studies will be carried out with two agricultural soils and biochar from the Kanpur region.

Carbonate chemistry parameters calculated from measured pH, total alkalinity, salinity and temperature in the exposure mesocosms of a chronic Ostrea edulis alkalinity-enhancement exposure experiment

This dataset contains calculated carbonate chemistry parameters, including the concentrations of dissolved CO2, HCO3-, CO32- and dissolved inorganic carbon, the fugacity and partial pressure of CO2 and the saturation states of aragonite (Ωarag) and calcite (Ωcalc), for the exposure mesocosms. Values were calculated from pH, total alkalinity, salinity and temperature measured between 8 May and 10 July 2024, using the seacarb package (Orr et al., 2018) in R (V. 4.3.2). Measured pH values, which refer to the NBS scale, were first converted to the total scale using the total proton activity coefficient fH of Takahashi et al. (1982), lowering pH by 0.12 to 0.13 units across the measured salinity and temperature range. Calculations used the carbonic acid dissociation constants of Lueker et al. (2000), the bisulfate dissociation constant of Dickson (1990), the hydrogen fluoride constant of Perez & Fraga (1987), total boron after Uppström (1974) and the aragonite and calcite solubility products of Mucci (1983), all evaluated at in situ temperature and salinity. The conversion from the NBS to the total scale carries a residual uncertainty of about 0.01 to 0.02 pH units, because the liquid junction potential between the dilute calibration buffers and seawater is not fully captured by fH. This propagates to an uncertainty of roughly 5 to 15 % in calculated pCO2 and a correspondingly smaller uncertainty in the saturation states.

Carbonate chemistry parameters calculated from measured pH, total alkalinity, salinity and temperature in the alkalization mesocosms of a chronic Ostrea edulis alkalinity-enhancement exposure experiment

This dataset contains calculated carbonate chemistry parameters, including the concentrations of dissolved CO2, HCO3-, CO32- and dissolved inorganic carbon, the fugacity and partial pressure of CO2 and the saturation states of aragonite (Ωarag) and calcite (Ωcalc), for the alkalization mesocosms. Values were calculated from pH, total alkalinity, salinity and temperature measured between 17 April and 19 June 2024, using the seacarb package (Orr et al., 2018) in R (V. 4.3.2). Measured pH values, which refer to the NBS scale, were first converted to the total scale using the total proton activity coefficient fH of Takahashi et al. (1982), lowering pH by 0.12 to 0.13 units across the measured salinity and temperature range. Calculations used the carbonic acid dissociation constants of Lueker et al. (2000), the bisulfate dissociation constant of Dickson (1990), the hydrogen fluoride constant of Perez & Fraga (1987), total boron after Uppström (1974) and the aragonite and calcite solubility products of Mucci (1983), all evaluated at in situ temperature and salinity. The conversion from the NBS to the total scale carries a residual uncertainty of about 0.01 to 0.02 pH units, because the liquid junction potential between the dilute calibration buffers and seawater is not fully captured by fH. This propagates to an uncertainty of roughly 5 to 15 % in calculated pCO2 and a correspondingly smaller uncertainty in the saturation states.

Kombinationswirkungen von Umweltchemikalien auf die Rueckstandsbildung bei Wildtieren

Feststellung messbarer Rueckstaende im Wildtier bei gleichzeitiger Aufnahme von Wirkstoff-Kombinationen aus der Nahrung und ihr Einfluss auf die Verteilung und Rueckstandsbildung im Tierkoerper. Die Umweltchemikalien werden allein und in Kombination im Koernerfutter verabreicht. In regelmaessigen Abstaenden werden Organ- und Depotfett- und Muskelproben entnommen. Die Rueckstaende werden gaschromatisch bestimmt. Ueber den gesamten Zeitraum wird mit geeigneten Parametern die biologische Leistungsfaehigkeit ermittelt. Feststellung moeglicher gegenseitiger Beeinflussung im Sinne von Synergismus oder Antagonismus.

Pflanzenschutzmittelrueckstaende in der deutschen Brotgetreideernte

a) Feststellung des Gehalts an Pflanzenschutzrueckstaenden in verschiedenen Getreidearten. Untersuchung des Abbaus bzw. des Metabolismus waehrend der Lagerung und waehrend der Verarbeitung. b) Analytische Bestimmung der Pestizide in Getreide und in Mahlprodukten in Abhaengigkeit von Lagerung und Verarbeitung einschliesslich Backprozess. Feststellung von Stoffwechselprodukten. c) Mehrjaehrige, laufende Untersuchungen in Anpassung an neue Pflanzenschutzmittel und neue analytische Verfahren.

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