1. Vorhabenziel: Ziele des UFZ-Teilprojekts sind Entwicklung und Optimierung neuartiger Nanokatalysatoren und Nano-Komposite, die zur Reinigung von kontaminierten Wässern eingesetzt werden. Carbo-Iron (Komposit aus Aktivkohle und nanoskaligem Eisen) wird für den In-situ-Aufbau reaktiver Zonen zur Grundwassersanierung entwickelt und dotierte Magnetit-Nanopartikel zur Reinigung von Abwässern. Begleitende Risikoanalysen zur Ermittlung der Ökotoxizität von eventuell freigesetzten Partikeln sind wichtiger Bestandteil des Teilprojekts. Projektpartner, die für Partikelcharakterisierung, Studien zur zellulären Aufnahme, Standard-Ökotoxizitätstest und Demonstrationsversuche verantwortlich sind, unterstützen das Teilprojekt. 2. Arbeitsplanung: Die Entwicklung von Carbo-Iron als verbesserte Alternative zu Nano-Eisen zur GW-Reinigung und von magnetischen Nanokatalysatoren für die oxidative und reduktive Abwasserreinigung erfolgt am UFZ. Die Partikelcharakterisierung und -optimierung umfasst Reaktivität, Beständigkeit, Korrosion sowie die Mobilität und Benetzbarkeit (im Aquifer) und magnetische Abtrennbarkeit (Abwasser). Das UFZ begleitet die Entwicklung technologischer Lösungen und Demonstrationsanlagen bei den KMU. Schwerpunkt der ökotoxikologischen Untersuchungen bilden Tests zu langfristigen Transgenerationseffekten und die Aufdeckung von Wirkungsmechanismen mit Hilfe systembiologischer Verfahren. Daneben werden Wechselwirkungen von Nanomaterialien und Schadstoffen und ihre Bedeutung für die Toxizität untersucht.
Zur sequentiellen reduktiven und oxidativen Dechlorierung von LCKW-kontaminierten Grundwasserleitern soll eine mehrstufige Direktgasinjektion durchgeführt werden. Die Direktgasinjektion (DGI) als in-situ Technologie zur Grundwassersanierung besitzt wegen ihrer hohen Flexibilität, den geringen Installationskosten und geringen Betriebskosten große Vorteile gegenüber konventionellen Sanierungstechnologien. Für diffuse Schadstoffquellen, großflächige Kontaminationen und Langzeit-Schadstoffquellen gibt es keine Alternative zur DGI. Die derzeit angewendeten DGI arbeiten durchweg als blinde' Technologien, d.h. ohne eine wissenschaftlich-basierte Korrelation zwischen Injektionsparametern und Gasausbreitungsmuster. Das Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung einer intelligenten Niederdruck-Hochdruck-Direktgasinjektion zur Steuerung von Raumwirkung und Gasspeicherung in lokal getrennten Reaktionsräumen. Zur Dimensionierung und Optimierung der getrennten Reaktionsräume und zur dynamischen Massenbilanzierung soll ein reaktives 2-Phasen-Computermodell und ein in-situ 3D-Sensorarray zur zeitlichen und räumlichen Messung der Gasverteilung entwickelt werden. Unter Nutzung von 3D-Modellen zur Vorplanung / Prozessverfolgung / Optimierung sowie Kosten-Nutzen-Analysen soll ein Managementinstrument mit allgemeinen Anwendungscharakteristika entwickelt werden, das die Übertragung der effizienten in-situ-Technologie auf andere Standorte ermöglicht.
Das Ziel des beantragten Projektes ist die erstmalige, standortübergreifende und vergleichende Analytik zur Eliminierung von PAK, polarer PAK sowie komplex gebundener Cyanide durch den Einsatz reaktiver Wände an Altstandorten im Rahmen des Netzwerkverbundes RUBIN. Weiterhin wird die Standzeitverlängerung von Reinigungswänden z.B. über biologische Aktivität überprüft. Das Vorhaben ist in fünf Arbeitsschwerpunkte unterteilt: (a) Anwendung der vorhandenen Analytik für PAK und polare PAK auf die real vorliegenden kontaminierten Grundwässer aus vier Reinigungswänden (b) Batchversuche zur Ermittlung von Sorptionskoeffizienten an unterschiedlichen Aktivkohlen (c) Batchversuche zum anaeroben Abbau an Aktivkohlen (d) Säulenversuche zum Durchbruchverhalten (e) Beprobungen an vier Standorten mit Reinigungswänden und Nutzung des realen Aquiferwassers in den Laborversuchen. Durch die erwarteten Ergebnisse wird die Technologie der Sanierung über Reinigungswände bezüglich der Analytik, Bildung und d es Durchbruchs der stark wasserlöslichen polaren PAK überprüft bzw. abgesichert. Ohne diese Untersuchungen kann es national und international Zweifel an der Wirksamkeit des Verfahrens geben.
Auswahl der zu verwendenden Aktivkohlesorte und korrekte Dimensionierung der Reaktoren. Optimierung und Überprüfung der Reinigungsleistung. Erstellen eines Adsorptionsrankings der Schadstoffe, Ableitung allgemeiner Aussagen wie Abhängigkeit vom Kow, Bestimmung des Einflusses von Mikroorganismen und verschiedenen Störszenarien.