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Nanofiltration zur Grundwasseraufbereitung und Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung am Beispiel von kippenbelastetem Grundwasser in einem Braunkohlentagebaurevier

Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Trinkwasser können negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Konsumenten haben und führen zu einem erhöhten Risiko für Korrosionen im Leitungsnetz. Aufgrund dessen schreibt die Trinkwasserverordnung einen Grenzwert von 240 mg/l vor. Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Grundwasser, die eine spezielle Aufbereitungstechnik erfordern, kommen vor allem durch den Einfluss von Tagebauaktivitäten zustande. Im ausgehobenen Kippenmaterial kommt es zur Oxidation des Pyrits, was nach der Verfüllung der Gruben zu einem Anstieg der Sulfat-, Calcium- und Schwermetallkonzentration im Grundwasser führt. In betroffenen Grundwasservorkommen in Deutschland wurden Konzentrationen von bis zu 2500 mg/l Sulfat gemessen. Die Nanofiltration ist eine mögliche Aufbereitungstechnologie, die die Grundwassernutzung in derart beeinträchtigten Standorten auch nach der Verfüllung der Gruben erlaubt. Es wird erwartet, dass die Nanofiltration im Vergleich zu den anderen in Frage kommenden Technologien Ionenaustauscher, Destillation, Elektrodialyse und Umkehrosmose vor allem bei höheren Sulfatkonzentration in der Größenordnung >1000 mg/l das wirtschaftlichste Verfahren darstellt. In dem Projekt Nanofiltration zur Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung wird die Aufbereitung mittels Nanofiltration experimentell im Labor- und Pilotmaßstab untersucht. Es wird dabei schwerpunktmäßig ein Standort betrachtet, der im Einflussgebiet des Braunkohletagebaureviers Inden I liegt und derzeit Sulfatkonzentrationen von 1000-1500 mg/l in einem Trinkwasserbrunnen aufweist. Neben der Untersuchung der Nanofiltration an sich wird eine Konzentrataufbereitung mittels CaSO4-Kristallisation auf ihre Effektivität geprüft.

Aerosole aus dem asiatischen Monsun in der oberen Troposphäre: Quellen, Alterung, Auswirkungen

Die Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL), eine Schicht mit erhöhtem Aerosolgehalt, tritt jedes Jahr von Juni bis September in 14-18 km Höhe in einem Gebiet auf, das sich vom Mittelmeer bis zum westlichen Pazifik erstreckt. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Partikel, sowie ihrer Bedeutung für die Strahlungsbilanz in dieser klimasensitiven Höhenregion bestehen große Unsicherheiten. Die bisher einzigen Flugzeugmessungen aus dem Zentrum der ATAL wurden 2017 im Rahmen der StratoClim Kampagne von Kathmandu aus gewonnen. Dabei entdeckten wir mit Hilfe des Infrarotspektrometers GLORIA auf dem Forschungsflugzeug Geophysica, dass feste Ammoniumnitrat (AN) â€Ì Partikel einen beträchtlichen Teil der Aerosolmasse ausmachen. Diese zählen zu den effizientesten Eiskeimen in der Atmosphäre. Zudem zeigte die gleichzeitige Messung von Ammoniakgas (NH3) durch GLORIA, dass dieses Vorläufergas durch starke Konvektion in die obere Troposphäre verfrachtet wird. Im Rahmen der PHILEAS-Kampagne schlagen wir eine gemeinsamen Betrachtung von atmosphärischen Modellsimulationen und Messungen vor, um die Zusammensetzung, Ursprung, Auswirkungen und Verbleib der ATAL-Partikel zu untersuchen â€Ì insbesondere im Hinblick auf ihre Prozessierung sowie ihren Einfluss auf die obere Troposphäre und die untere Stratosphäre der nördlichen Hemisphäre. Messungen von monsunbeeinflussten Luftmassen über dem östlichen Mittelmeer sowie über dem nördlichen Pazifik werden es uns erlauben, Luft mit gealtertem Aerosol- und Spurengasgehalt zu analysieren und damit die StratoClim-Beobachtungen aus dem Inneren des Monsuns zu komplementieren. Um dabei die wahrscheinlich geringeren Konzentrationen an Aerosol und Spurengasen zu quantifizieren, schlagen wir vor, die GLORIA-Datenerfassung von NH3 und AN u.a. durch die Verwendung neuartiger spektroskopischer Daten zu verbessern. Ferner werden wir die Analyse der GLORIA-Spektren auf Sulfataerosole sowie deren Vorläufergas SO2 auszudehnen. Auf der Modellseite werden wir das globale Wetter- und Klimamodellsystem ICON-ART weiterentwickeln, um die ATAL unter Einbeziehung verschiedener Aerosoltypen (Nitrat, Ammonium, Sulfat, organische Partikel, Staub) zu simulieren â€Ì unter Berücksichtigung der hohen Eiskeimfähigkeit von festem AN. Modellläufe werden durchgeführt, um einerseits einen globalen Überblick über die Entwicklung der ATAL 2023 zu gewinnen und zudem detaillierte, auf die relevanten Kampagnenperioden zugeschnittene, wolkenauflösende Informationen über die Aerosol-Wolken-Strahlungs-Wechselwirkungen zu erhalten. Über die direkte Analyse der PHILEAS-Kampagne hinausgehend wird diese Arbeit die Grundlage für eine verbesserte Analyse von Aerosolparametern aus GLORIA-Beobachtungen früherer und zukünftiger HALO-Kampagnen sowie aus Satellitenbeobachtungen legen. Darüber hinaus wird sie ICON-ART, einem der zentralen Klimamodellsysteme in Deutschland die Simulation von Aerosolprozessen sowie Aerosol/Wolken-Wechselwirkungen im Zusammenhang mit der ATAL ermöglichen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Untersuchung der Rolle biologischer Eisenreduktion als lebenserhaltenden Prozess am potentiellen Temperaturlimit der tiefen Biosphäre in marinen Sedimenten (IODP Expedition 370) (RESPIRE)

Dieses Projekt trägt zu Forschungsfragen der IODP Expedition 370: T-Limit of the Deep Biosphere off Muroto bei. Die Temperatur an Site C0023 (Nankai Trog, Japan) steigt bis 1.2 km Tiefe auf ca. 120 Grad C an - das Maximum dessen, was potentiell von Mikroorganismen toleriert werden kann. Nährstoffarme tiefe Sedimente werden wahrscheinlich bei 80-90 Grad C sterilisiert. Ziel der Expedition war es, herauszufinden, wie und gesteuert durch welche Faktoren sich die Mikroorganismen-Vergesellschaftung mit der Tiefe ändert und wo Leben erlischt. Teil des wissenschaftlichen Programms ist die Untersuchung mikrobiell nutzbarer Substrate und eindeutiger geochemischer und mikrobieller Signaturen, die eine Identifizierung von biotischem und abiotischem Bereich bzw. dessen Übergang ermöglichen. Es wurden hochauflösende und präzise Porenwasserdaten gewonnen, die Reaktionsfronten, potentielle mikrobielle Aktivität und hydrothermale Überprägung anzeigen. Ein Teil der Sedimente ist Methan- und Sulfat-frei. Mikrobielle Aktivität hängt also von anderen Elektonenakzeptoren als Sulfat ab. Aktuelle Studien zeigen, dass die klassische Redoxkaskade durch Fe- und Mn-Reduktion in methanführenden Sedimenten ergänzt werden muss und, dass biogeochemische Prozesse in natürlichen Systemen stärker durch Mineralogie als durch eine strikte Abfolge von Reaktionen, die sich aus theoretischen Berechnungen ergibt, bestimmt sind. Fe(III)-Reduktion ist eine der ältesten Formen der mikrobiellen Respiration. Eisenreduzierer können unter hohen T- und Druckbedingungen wachsen, was nahelegt, dass diese einen Großteil der tiefen Biosphäre ausmachen. Fe- und Mn wird in Sedimenten von Lokation C0023 freigesetzt. Durch sequentielle Extraktionen soll aufgezeigt werden, welche Fe- und Mn-Phasen als Elektronenakzeptoren verfügbar sind und wie stark primäre Minerale diagenetisch überprägt wurden. Von besonderem Interesse sind Aschelagen, die an anderer Stelle bereits als Hotspots für mikrobielles Leben identifiziert wurden. Diese sind zahlreich in C0023 Sedimenten und typischerweise reich an Fe und Mn. Mikrobielle Fe-Reduktion führt zu einer Anreicherung von 54Fe im Porenwasser und sich daraus bildenden authigenen Mineralen (z.B. Siderit, Magnetit). Dementgegen führen abiotische Reaktionen mit Sulfid zu einer Anreicherung von 56Fe in der gelösten Phase. Stabile Fe-Isotope von gelöstem Fe2+ und reaktivem Fe in der Festphase sollen genutzt werden, um biologische und abiotische Fe-Reduktion zu unterscheiden. Die d56Fe Signatur wird an Karbonat-gebundenem Fe, der Ferrihydrit+Lepidkrokit-Fraktion, Goethit+Hämatit sowie Magnetit gemessen. Weiterhin soll das Ausmaß der Sulfidisierung, die Auswirkungen auf die Interpretation von Daten zu magnetischen Eigenschaften hat, durch sequentielle Extraktion von Fe-Monosulfiden und Pyrit erfasst werden. Ziel des Projekts ist es, die Rolle von Eisenoxiden für mikrobielle Respiration und entsprechende diagenetische Alterationen in tiefen Sedimenten von Site C0023 zu erfa

Annual mean concentrations of (non-sea-salt) sulfur, non-sea salt chlorine, fluoride, insoluble particle concentrations from an array of 19 ice cores from Antarctica and seven ice cores from Greenland

We report annual mean (non-sea salt) sulfur concentrations from 19 ice cores in Antarctica including WD, WDC05Q, B40, NUS08-4, NUS08-5, NUS08-7, NUS07-2, NUS07-5 and NUS07-7 (all analyzed using inductively coupled plasma mass spectrometry, ICPMS) and SP01, SP04, SPC14, DML05, DML07, DF01, DFS10, EDC96, Taylor Dome and Talos Dome (all analyzed using ion chromatography, IC). The latter are based on measurements of sulfate divided by three to derive the equivalent sulfur concentration. Additional details about the ice-core sites and analytical procedures are provided in the Supporting Data of Gabriel et al., (submitted) and in the references below citing the original publications. We report annual mean (non-sea salt) sulfur concentrations from 7 ice cores in Greenland: NEEM(2011-S1), Humboldt, B19, TUNU2013, Summit2010-composite (all by ICPMS) and EGRIP and NGRIP1 (by IC) . We further report insoluble size-resolved particle concentrations for the TUNU2013, B19 and NEEM(-2011)S1 ice cores, and insoluble size-resolved particle concentrations and non-sea-salt chlorine records from the Summit2015 ice core. These records are used alongside ice-core crypto-tephra to characterize volcanic eruption sources and to quantify volcanic sulfur injections from volcanic eruptions between 1590 and 1710 CE.

Fließgewässer – Nährstoffe und Salze (Datensatz)

Der Datensatz enthält die statistischen Kennzahlen (z.B. Mittelwert, Perzentile, Maximum) für etwa 250 Messstellen in Fließ- und Übergangsgewässern (LAWA Messstellennetz) sowie Angaben zu den Messstellen. Die Daten sind Grundlage für die Auswertungen der Applikation „Fließgewässer - Nährstoffe und Salze“ (siehe auf der rechten Seite unter "Download-Links").

Total organic carbon in sediment cores from the Kiel Bight, SW Baltic Sea from 2016 to 2025

This dataset presents total organic carbon (TOC, wt%) contents in sediments at 19 stations in the Kiel Bight taken during the research cruises BE03/2016 (08.03.2016), BE10/2016 (19.10.2016), BE10/2018 (23.10.2018), BE03/2019 (15.03.2019), L23-13 (13.09.2023 - 15.09.2023), Sagitta24-1 (16.09.2024), Sagitta24-2 (23.09.2024), L25-2b (09.02.2025 - 17.02.2025) and EMB374 (04.09.2025 - 13.09.2025). Sediment cores (<50cm) were recovered using a Multicorer (MUC), Minicorer (MIC) or Rumohrlot (RL). The TOC analysis was performed using an Element Analyzer (Euro EA 3000). The data are used in combination with porewater and water column data to describe the sulfur geochemistry and cycling across different sites in the Kiel Bight and to identify the controlling factors governing the accumulation of hydrogen sulfide at the seafloor.

Geochemistry of sediments from Fehmarn Belt area, southern Baltic Sea during cruise EMB238

The geochemical composition of surface sediments and pore waters from the Fehmarn Belt area, southern Baltic Sea, was analyzed in the context of the establishment of exclusion areas for bottom trawling activity. Samples were taken on cruise EMB238 in May/June 2020 using a multi corer or benthic lander device. Besides on-site measurements, further dissolved major and trace elements, dissolved inorganic carbon, nutrients were analyzed in home laboratory. Results are complemented by the analysis of potential microbial gross sulfate reduction rates and the geochemical composition of CNS and extractable sulfur (AVS, CrS(II), and acid-extractable Fe, Zn, Pb, Fe, Mn contents.

Geochemistry of pore waters from Fehmarn Belt area, southern Baltic Sea during cruise EMB238

The geochemical composition of surface sediments and pore waters from the Fehmarn Belt area, southern Baltic Sea, was analyzed in the context of the establishment of exclusion areas for bottom trawling activity. Samples were taken on cruise EMB238 in May/June 2020 using a multi corer or benthic lander device. Besides on-site measurements, further dissolved major and trace elements, dissolved inorganic carbon, nutrients were analyzed in home laboratory. Results are complemented by the analysis of potential microbial gross sulfate reduction rates and the geochemical composition of CNS and extractable sulfur (AVS, CrS(II), and acid-extractable Fe, Zn, Pb, Fe, Mn contents.

Porewater ion concentrations and total alkalinity in the Kiel Bight, SW Baltic Sea from 2016 to 2025

This dataset presents porewater and bottom water data from 63 stations in the Kiel Bight taken during the research cruises BE03/2016 (08.03.2016), BE10/2016 (19.10.2016), BE10/2018 (23.10.2018), BE03/2019 (15.03.2019), L23-13 (13.09.2023 - 15.09.2023), Sagitta24-1 (16.09.2024), Sagitta24-2 (23.09.2024), L25-2b (09.02.2025 - 17.02.2025) and EMB374 (04.09.2025 - 13.09.2025). Short sediment cores (<50cm) were recovered using a Multicorer (MUC), Minicorer (MIC) or Rumohrlot (RL). At 22 of those stations, bottom water and porewater samples were analysed for total alkalinity (TA), ammonium (NH4+), sulfate (SO42-), hydrogen sulfide (H2S), dissolved iron (Fe2+) and dissolved manganese (Mn2+). At 41 stations, exclusively a bottom water sample was taken for H2S measurements. Bottom waters were sampled from the supernatant water in the sediment cores. Porewater samples were extracted from the sediments using rhizones. TA was determined by titration (METROHM 876 Dosimat Plus), NH4+ and H2S using a photometer (Hitachi U-2900), SO42- by Ion Chromatography (METROHM 761 Compact) and Fe2+ and Mn2+ by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (Varian 720-ES). The collected data will be used to determine the spatial and temporal variability of hydrogen sulfide in bottom waters of the Kiel Bight, (ii) identify the controlling factors governing the accumulation of hydrogen sulfide at the seafloor, and (iii) establish an early warning system of sulfidic seafloor conditions for regional stakeholders in the Baltic Sea.

Microbial sulfate reduction rates in sediments from Fehmarn Belt area, southern Baltic Sea during cruise EMB238

The geochemical composition of surface sediments and pore waters from the Fehmarn Belt area, southern Baltic Sea, was analyzed in the context of the establishment of exclusion areas for bottom trawling activity. Samples were taken on cruise EMB238 in May/June 2020 using a multi corer or benthic lander device. Besides on-site measurements, further dissolved major and trace elements, dissolved inorganic carbon, nutrients were analyzed in home laboratory. Results are complemented by the analysis of potential microbial gross sulfate reduction rates and the geochemical composition of CNS and extractable sulfur (AVS, CrS(II), and acid-extractable Fe, Zn, Pb, Fe, Mn contents.

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