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Thermische Trenntechnik

Unter thermischen Trennverfahren versteht man die Destillation, Rektifikation, Extraktion, Adsorption, Absorption und die Chromatographie. Diese Verfahren werden eingesetzt fuer: - die Trennungen von fluessigen Substanzgemischen bestehend aus organischen und anorganischen Loesungsmitteln und Wasser, - die Reinigung fester Stoffe (z.B. Mutterboeden) von fluechtigen Substanzen - die Trennung nicht-fluechtiger biologischer Substanzen sowie fuer die Abluftreinigung. Fuer diese Trennverfahren koennen die notwendigen Grunddaten ermittelt, Verfahrensvarianten im Computer simuliert und ein RI-Fliessbild erzeugt werden. Weiterhin stehen experimentelle und theoretische Methoden zur Bestimmung der Fluechtigkeit von reinen Stoffen oder Gemischen zur Verfuegung. Anwendungsbereiche: Eine moegliche Anwendung liegt z.B. in der Berechnung des maximal moeglichen MAK-Wertes in geschlossenen Raeumen.

Online-Optimierung eines Absorptions- und Desorptionsprozesses für die Koksofengasreinigung

In der Prozessindustrie sind die Anforderungen an die Verfahren wie preiswertes Design und umweltschonenden Betrieb vielseitig, und teilweise auch gegenläufig. Hierdurch steigt der Bedarf an flexibleren Produktionsanlagen, um den steigenden Anforderungen bezüglich der schnell wechselnden Marktanforderungen und der Umweltverträglichkeit gerecht zu werden. Ressourcenschonung und Reduzierung der Umweltbelastung sind Ziele, die die gängigen Verfahren aufgrund der sich ändernden Umweltauflagen (Reinheit der Gasemission) an die Grenzen der Wirtschaftlichkeit bringen. Die Reaktivabsorption und die anschließende Desorption stellt durch die Kombination von Stofftrennung und chemischer Reaktion in Mehrkomponentensystemen ein sehr komplexes Verfahren mit einem hohen Optimierungspotential dar. Dies gilt insbesondere für die im Rahmen des Forschungsprojektes zu untersuchende Ammoniak-Schwefelwasserstoff-Kreislaufwäsche zur Reinigung von Kokereiabgasen. Bei diesem industriell relevanten und hier exemplarisch ausgewählten Prozess basiert der konventionelle Betrieb integrierter Kolonnensysteme auf der vorherigen Auslegung für einen konstanten Betriebspunkt. In der Realität ändern sich jedoch die Randbedingungen, so dass die Prozesse am vorgegebenen Betriebspunkt nicht optimal betrieben werden können. Hier liegt die besondere wissenschaftliche Herausforderung bezüglich der Online-Optimierung, die Umweltrestriktionen sowie alle Produktanforderungen unter den gegebenen Anlagenbegrenzungen und den sich ändernden Echtzeit-Randbedingungen zur Minimierung der Betriebskosten gleichzeitig einzuhalten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Methodik zur Online Optimierung entwickelt und an einer realen Anlage (AS-Kreislaufwäsche) im Pilotmaßstab erprobt und bewertet. Als Ergebnis ist ein effizientes robustes Online-Optimierungssystem zur Ermittlung optimaler Prozessführungsstrategien für dynamische nichtlineare große Systeme unter Echtzeit-Randbedingungen zu erwarten. Die zu entwickelnde Methodik der Online-Optimierung ist allgemeingültig und soll für die Optimierung anderer Prozesse übertragbar sein.

Qualitätsverbesserung von Rezyklaten aus flexiblen Verpackungsabfällen, Teilprojekt: Erschließung von alternativen Wertstoffströmen und Erhöhung von Recyclingquoten

Entwicklung eines Inline Messverfahrens zur ortsaufgelösten Detektion filmischer Verunreinigungen auf Bauteiloberflächen sowie zur Unterstützung der Trennmittelapplikation im Druckgussprozess

Biologische Reinigung geruchsintensiver Abgase

Verfahrensentwicklung von Messung, Behandlung und Beseitigung radioaktiver Abfaelle

Untersuchungen ueber spezielle analytische Probleme auf dem Schmutzwassersektor. Beginn mit der Untersuchung der Nitrifizierungs- und Denitrifizierungsvorgaenge in Oberflaechenwaessern am Beispiel des Hauptentwaesserungskanals. Untersuchung synthetischer Waschmittel und anderer Reagentien auf ihre Wirksamkeit bei der Reinigung kontaminierter Schutzkleidung, Entwicklung von Waschverfahren mit besseren Dekontaminationsfaktoren und geringeren Abwassermengen. Untersuchung gaengiger Trennverfahren, wie Saegen, autogenes Schneiden oder Plasmaschneiden, auf ihre Anwendbarkeit zur rationellen Zerkleinerung sperriger kontaminierter bzw. aktivierter Bauteile. Anpassung der konventionellen Technik an schwierige Materialkombinationen, z.B. Aluminium, Beton oder Stahl/Araldit, und die strahlenschutztechnischen Randbedingungen (Fernbedienung, Abgasreinigung).

Kiesvorfilter als Vorbehandlungsstufe zu Langsamsandfiltern

Eingehende Labor- und Pilotversuche haben gezeigt, dass der horizontal durchflossene Kiesfilter ein einfaches und daher vielversprechendes Verfahren fuer die Vorbehandlung von Oberflaechenwasser ist, das hohe Truebung aufweist und daher nicht direkt in einem Langsamsandfilter aufbereitet werden kann. Ziel der naechsten Projektphase ist die praktische Erprobung und Verbreitung solcher Kiesvorfilter in verschiedenen Entwicklungslaendern. Zur Zeit sind Demonstrationsanlagen in Tanzania, Kenya und Peru in Planung oder in Ausfuehrung. Weitere Projekte zeichnen sich fuer Kolumbien, Togo, Sudan und Indien ab. Ungefaehr 12 Demonstrationsanlagen in 6 verschiedenen Laendern sollen gebaut, betrieben und evaluiert werden. Der FB HYGEL uebernimmt die technische Beratung fuer die Bauprojekte, erarbeitet Vorschlaege fuer das Monitoring und evaluiert die Felderfahrungen. Sobald genuegend Felderfahrungen vorhanden sind (in 2-3 Jahren), soll das Projekt mit der Herausgabe eines Leitfadens fuer Dimensionierung, Betrieb und Unterhalt eines Kiesvorfilters abgeschlossen werden.

ThWIC: Entwicklung eines verfahrenstechnischen und technologischen Gesamtkonzeptes zur Realisierung des Zero-Liquid-Discharge-Ansatzes für die Wasserwirtschaft einer Klinik am Beispiel des Universitätsklinikums Jena, Teilprojekt D

Neue relevante Spurenstoffe

<p> <p>Das Gremium zur Relevanzbewertung von Spurenstoffen hat im Juni 2025 die Einschätzung des Spurenstoffzentrums bestätigt: Die Arzneimittel Venlafaxin, dessen aktiver Metabolit O-Desmethylvenlafaxin sowie Gabapentin mit dem strukturähnlichen Pregabalin und die Chemikalie Hexamethoxymethylmelamin, sind relevante Spurenstoffe.</p> </p><p>Das Gremium zur Relevanzbewertung von Spurenstoffen hat im Juni 2025 die Einschätzung des Spurenstoffzentrums bestätigt: Die Arzneimittel Venlafaxin, dessen aktiver Metabolit O-Desmethylvenlafaxin sowie Gabapentin mit dem strukturähnlichen Pregabalin und die Chemikalie Hexamethoxymethylmelamin, sind relevante Spurenstoffe.</p><p> <p><strong>Venlafaxin und <em>O</em>-Desmethylvenlafaxin</strong></p> <p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/kurzdossier-venlafaxin-o-desmethylvenlafaxin-cas-nr">Venlafaxin</a> ist ein verschreibungspflichtiges Antidepressivum aus der Gruppe der Serotonin- und Noradrenalin-Wiederaufnahmehemmer. Der menschliche Körper scheidet Venlafaxin bis zu 10 % unverändert und den Rest als <em>O</em>-Desmethylvenlafaxin (ODV) wieder aus. Beide Stoffe gelangen so über das häusliche Abwasser in kommunale Kläranlagen, wo sie durch konventionelle Reinigungsverfahren kaum oder gar nicht entfernt werden. Infolgedessen treten sie im Ablauf der Kläranlagen auf und können in Oberflächengewässern in Konzentrationen von bis zu 0,55 µg/L (Venlafaxin) und 2,5 µg/L (ODV) nachgewiesen werden.</p> <p>Einmal im aquatischen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/oekosystem">Ökosystem</a> angelangt, bleiben diese Stoffe aufgrund ihrer <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/persistenz">Persistenz</a> sehr lange in der Umwelt. Dies ist insbesondere für Fische problematisch, denn für Venlafaxin ist eine hohe Fischtoxizität nachgewiesen. Ebenso überschreiten die Konzentrationen im Oberflächengewässer bereits Grenzwerte wie den <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/pnec">PNEC</a> und einen JD-UQN-Vorschlag. Das Vorkommen von Venlafaxin in der aquatischen Umwelt stellt also ein ökotoxikologisches Risiko dar. Für ODV fehlen vergleichbare Daten, jedoch ist aufgrund der ähnlichen Struktur ebenfalls von einer ökotoxikologischen Relevanz auszugehen.</p> <p><strong>Deshalb sind Venlafaxin und O-Desmethylvenlafaxin relevante Spurenstoffe</strong><strong>:</strong></p> <ul> <li>Regelmäßiges Vorkommen in Oberflächengewässern</li> <li>Persistenz</li> <li>Ökotoxizität</li> <li>Überschreitung ökotoxikologischer Grenzwerte</li> </ul> <p><strong>Gabapentin und Pregabalin</strong></p> <p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/kurzdossier-gabapentin-pregabalin-cas-nr-60142-96-3">Gabapentin und Pregabalin</a> sind strukturell verwandte Arzneimittel, die zur Behandlung von Epilepsie sowie chronischen Nervenschmerzen eingesetzt werden. Auch sie gelangen über das kommunale Abwasser in Kläranlagen, wo sie nur unzureichend entfernt werden.</p> <p>In der Kläranlage können zudem Lactam-Derivate dieser Wirkstoffe entstehen: Gabapentin-Lactam und Pregabalin-Lactam. Die Bildung der Lactam-Verbindungen ist allerdings umkehrbar – ein tatsächlicher Abbau findet also nicht statt. Entsprechend gelangen sowohl die Ausgangssubstanzen als auch ihre Lactame in die Umwelt.</p> <p>Gabapentin und Pregabalin sind sehr mobil. Sie können sich im aquatischen Ökosystem und im Wasserkreislauf weit verbreiten – bis in das Grund- und Trinkwasser. Dies belegen bereits verschiedene Monitoringdaten.</p> <p>In Tierversuchen wurde darüber hinaus eine schädigende Wirkung auf die Reproduktion nachgewiesen. Da es sich um Humanarzneimittel handelt, existieren jedoch keine entsprechenden Einstufungen nach <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/clp">CLP</a>-Verordnung. Die hohe Mobilität und die Reproduktionstoxizität von Gabapentin und Pregabalin könnten insbesondere für das Roh- und Trinkwasser ein Problem darstellen.</p> <p><strong>Deshalb sind Gabapentin und </strong><strong>Pregabalin relevante Spurenstoffe:</strong></p> <ul> <li>Vorkommen in Oberflächen-, Grund- und Trinkwasser</li> <li>Mobilität</li> <li>Reproduktionstoxizität</li> </ul> <p><strong>Hexamethoxymethylmelamin (HMMM)</strong></p> <p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/kurzdossier-hmmm-cas-nr-3089-11-0">Hexamethoxymethylmelamin (HMMM)</a> kommt als Vernetzungsmittel für Reifenpolymere sowie in Beschichtungen und Kunststoffen für Dosen, Spulen und Fahrzeuge zum Einsatz. Trotz dieser Anwendungsbereiche ist der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/stoff">Stoff</a> bislang nicht unter der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/reach-verordnung">REACH-Verordnung</a> registriert – der Grund hierfür ist nicht abschließend geklärt.</p> <p>Durch die Anwendung als Reifenvernetzungsmittel kann HMMM beispielsweise mit dem Straßenablauf in die Umwelt gelangen. Der Nachweis von HMMM im Kläranlagenabfluss deutet zudem darauf hin, dass auch das kommunale Abwasser eine Eintragsquelle sein könnte. Obwohl HMMM noch nicht sehr lange in Messprogrammen integriert ist, weisen Monitoringdaten darauf hin, dass HMMM weit verbreitet in deutschen Oberflächengewässern vorkommt.</p> <p>HMMM ist sehr mobil und kann sich dadurch leicht in der aquatischen Umwelt verbreiten. Bisher gibt es kaum Daten zu toxikologischen und ökotoxikologischen Effekten von HMMM.</p> <p>HMMM wird in der Umwelt zu anderen Stoffen umgewandelt, unter anderem auch zu Melamin. Wie viel Melamin dadurch entsteht, ist noch nicht abschließend geklärt. Erste Studien legen nahe, dass HMMM nur einen geringen Beitrag zur Melaminbelastung leistet. Die Fragegestellung ist deshalb relevant, weil Melamin ebenfalls ein relevanter Spurenstoff ist: Er ist persistent, mobil und humantoxisch und gilt daher als besonders besorgniserregend – insbesondere im Hinblick auf das Grund- und Rohwasser, welche zur Trinkwassergewinnung dienen.</p> <p><strong>Deshalb ist </strong><strong>HMMM ein relevanter Spurenstoff:</strong></p> <ul> <li>Hinweise auf weit verbreitetes Vorkommen in Oberflächengewässern</li> <li>Mobilität</li> <li>Transformationsprodukt Melamin</li> </ul> <p><strong>Was bedeutet die Einstufung als „relevanter Spurenstoff“?</strong></p> <p>Die Einstufung als „relevanter Spurenstoff“ weist für Spurenstoffe darauf hin, dass Maßnahmen zur Eintragsminderung ergriffen werden sollten. Diese können die Rückkopplung in die europäischen Genehmigungs- und Zulassungsverfahren für chemische Stoffe oder in andere rechtliche Vorgaben, wie die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserrahmenrichtlinie">Wasserrahmenrichtlinie</a> sein. Informationskampagnen sowie die gezielte verbesserte Elimination dieser Stoffe bei der Abwasserreinigung sind weitere Schritte. Ebenso gibt es die Möglichkeit, einen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/das-spurenstoffzentrum-des-bundes-stoffmanagement">„Runden Tisch“ zu herstellerbezogenen Maßnahmen</a> einzuberufen. Die Erstellung einer Liste relevanter Spurenstoffe ist auch unter dem Themenfeld „Risiken durch Stoffeinträge begrenzen“ Teil der <a href="https://www.bmuv.de/download/nationale-wasserstrategie-2023">Nationalen Wasserstrategie</a>, die das Bundeskabinett im März 2023 beschlossen hat. Die Kurzdossiers aller relevanten Spurenstoffe werden <a href="https://www.umweltbundesamt.de/relevante-spurenstoffe#relevante-spurenstoffe">hier</a> veröffentlicht.</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> </p><p>Informationen für...</p>

Entfernung von toxischen Schwermetallen aus industriellen Abwässern unter Verwendung immobilisierter Makroalgenbiomasse

Mit dem Projekt wird das Ziel verfolgt, ein wirtschaftlich einsetzbares Verfahren zur Schwermetallentfernung auf der Grundlage von Algenbiomasse zu entwickeln. Die Grundlage für die Antragstellung bilden die Ergebnisse, die zur Abtrennung von Schwermetallen aus der wässrigen Phase im Sonderforschungsbereich 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 'Biologische Behandlung industrieller und gewerblicher Abwässer' an der Technischen Universität Berlin in der 3. und 4. Förderphase von 1997 bis 2001 unter Verwendung von Mikroalgenbiomasse erreicht wurden. Mit dem Forschungsvorhaben soll versucht werden, dem Problem der Bereitstellung preiswerter Biomasse näher zu kommen. Hierzu können marine Makroalgen, die aus dem Meer gewonnen werden oder die bereits zur Wertstoffgewinnung verwendet werden, dienen. Bisher sind in den Teilprojekten F2 und F3 des Sonderforschungsbereichs 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 30 verschiedene Mikroalgen aus unterschiedlichen Bezugsquellen eingesetzt worden. Der gegenwärtige Stand der Untersuchungen im Hinblick auf Aufnahmekapazität und -geschwindigkeit der Schadstoffe lässt Rückschlüsse auf eine erfolgversprechende technische Anwendungsmöglichkeit zu. Voraussetzung dafür ist die Lösung des Problems des durch die Kultivierungsbedingungen für die Mikroalgen noch zu hohen Preises für die Biomasse. Zeigen Makroalgen im Vergleich zu den Mikroalgen ähnliche positive Eigenschaften im Hinblick auf die Aufnahmefähigkeit (Kapazität, Selektivität) für Schwermetallionen, so könnten Immobilisate auf der Basis von Makroalgenbiomasse eine Alternative darstellen. Neben den bereits im Sonderforschungsbereich 193 eingesetzten Metallen Blei, Nickel, Cadmium, Zink und Kupfer ist die Ausdehnung der Untersuchungen auf weitere Metalle geplant, die als Kontaminationen in der Abwasseraufbereitung unterschiedlicher Herkunftsquellen eine wichtige Rolle spielen. Vorgesehen ist eine Erweiterung auf die Metalle Chrom (Cr+3) und Arsen (As). Der Schwerpunkt der Untersuchungen sollte auf industriell nutzbaren preiswerten Makroalgen liegen, die in großer Menge als Biomassenquelle vorhanden sind und leicht beschafft werden können.

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