Die Loesung konkreter Umweltprobleme erfordert exakte analytische Bestimmungsmethoden. Im Rahmen dieses Vorhabens wird u.a. bearbeitet: 1. Die Erfassung von Metaboliten des biologischen Alkylbenzolsulfonates auch im Hinblick auf die Trinkwasserversorgung. 2. Entwicklung einer Analyse fuer kationaktive Tenside. 3. Analyse von Sickerwasserproben aus Versuchsdeponien.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die prosys GmbH hat zum 31. März 2002 erfolgreich ein zwölf Monate dauerndes FuE-Verbundforschungsvorhaben mit dem Institut für Organische und Makromolekulare Chemie Universität Bremen (Prof. Wöhrle) abgeschlossen. Hierbei sollte ein Verfahren entwickeln werden, mit dessen Hilfe Tributhylzinnverbindungen (TBT) aus Abwasserteilströmen entfernt werden können. Mit Hilfe dieses Verfahrens sollen Schadstoffe durch Singulett-Sauerstoff, eine energetisch angeregte Form des Sauerstoffs, oxidiert und in unschädliche Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Der Singulett-Sauerstoff soll hierbei photokatalytisch durch Farbstoffe, sogenannte Photosensibilisatoren erzeugt werden. In einem ersten Schritt soll die Anwendbarkeit der Photooxidation von TBT-haltigen, wässrigen Lösungen im Labormaßstab unter verschiedenen Rahmenbedingungen und Einflussgrößen untersucht werden. Aufgrund der bislang gewonnenen Erkenntnisse aus diesem FuE-Pilotprojekt und der diesem Projekt zugrunde liegenden Literatur soll im hier beantragten Forschungsvorhaben die Anwendung dieses Verfahrens auf andere Schadstoffe untersucht und die Entwicklung einer entsprechenden Reaktionstechnik unter praxisrelevanten Bedingungen entwickelt werden. Es sollen insbesondere phenol- und chlorphenol-haltige Abwasserteilströme unter praxisrelevanten Bedingungen untersucht werden, wie sei bspw. in der petrochemischen Industrie im Bereich der Abwasser- als auch der Abluftbehandlung anfallen. Diese Untersuchungen sollen erweitert werden, durch die Überprüfung der Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens auf Sulfide und Sulfonate, wie sie in weiten Bereichen der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung, der Papierindustrie (als Ligninsulfonate) u.ä. zum Einsatz gelangen, die nach wie vor als Problemstoffe anzusehen sind. Ein Teil dieses Forschungsvorhabens soll sich mit der Untersuchung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für den Einsatz einer derartigen Reaktortechnik beschäftigen. Fazit: Die bislang erzielten Erfolge entsprechen voll und ganz den zum Zeitpunkt der Projektbeantragung erwarteten Ergebnissen. Der beantragten Fortsetzung des Projektes kann daher mit Zuversicht auf ein Erfolg versprechendes Gesamtergebnis entgegengesehen werden.
Aromatische Sulfonate treten in der chemischen Industrie in grossen Mengen als Zwischenprodukte auf, speziell in der Farbstoffproduktion. Weitere Anwendungsgebiete sind die Gerberei und die Textilindustrie, wo Sulfonate als Textilhilfsmittel eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Wasserloeslichkeit und der vermuteten schlechten biologischen Abbaubarkeit musste davon ausgegangen werden, dass die Sulfonate in Klaeranlagen nicht eliminiert werden und dadurch in die Umwelt gelangen. Neben der Entwicklung der entsprechenden Analytik steht die Untersuchung des chemodynamischen Verhaltens der Sulfonate in der mechanisch-biologischen Abwasserreinigung im Mittelpunkt des Projektes.
Im Rahmen eines Verbundprojektes zum Auftreten und zum toxikologischen Risiko von per- und polyfluorierten organischen Chemikalien (PFC) in der Umwelt wird in diesem Vorhaben eine Literaturrecherche zur Wirkung von PFCs (PAP, diPAP, triPAP, Polyfluoroalkyl-Acrylate und -Ether, PFPA, PFPIA, Trifluoracetat (TFA), Fluortelomer-säuren und -alkohole erstellt und Vorschläge für Grenzwerte dieser Substanzen (z.B. ADI, LWTW, GOW etc.) mit humantoxikologischer Relevanz für verschiedene Expositionspfade (Nahrung, Trinkwasser) erarbeitet. Existierende Literatur zu bereits formulierten Grenzwerten zu perfluorierten Carboxylaten und Sulfonaten (insbesondere PFOA, PFOS) wird ebenfalls zusammengefasst. Die toxikologische Bewertung der Datenlage erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem UBA und der BfR auf der Basis der für andere Umweltschadstoffe etablierten Vorgehensweisen. In engem Kontakt zu den chemisch-analytisch arbeitenden Arbeitsgruppen des Konsortiums, Behörden des Landes Baden-Württemberg und den Entscheidungsträgern vor Ort werden die so abgeleiteten Leit- oder Orientierungswerte mit den Realkonzentrationen der betrachteten PFCs abgeglichen und Handlungsempfehlungen erarbeitet. Alle Literatur- und abgeleiteten Daten werden zusammengestellt, hinsichtlich ihrer Qualität beurteilt sowie Defizite in der Forschung benannt und der Forschungsbedarf an den relevanten Stellen konkretisiert. Abschließend erfolgt eine zielgruppenorientierte Aufarbeitung und Darstellung der abgeleiteten Orientierungswerte und Handlungsempfehlungen, die bei dem bestehenden Kontaminationsfall zur Anwendung kommen sollen.
Parallel zum Auftrag der Stadt Mannheim zur wissenschaftlichen Begleitung der Umsetzung zur adsorptiven Abwasserbehandlung im Teilstrom werden Untersuchungen zur Elimination von Spurenstoffen durchgeführt. Bei bisherigen Untersuchungen zur Anwendung von Pulveraktivkohle im halbtechnischen Maßstab wurde die Bewertung der Spurenstoffelimination an der Entnahme von ausgewählten Arzneimittelwirkstoffen sowie nicht-ionischen Röntgenkontrastmitteln festgemacht. Mit den Untersuchungen im Klärwerk Mannheim soll stellvertretend für die Anwendung von Pulveraktivkohle untersucht werden, ob und in welchem Umfang neben Arzneimittelwirkstoffen und nicht-ionischen Röntgenkontrastmitteln weitere Spurenstoffe, wie bspw. Pestizide, synthetische Komplexbildner, aromatische Sulfonate, Kraftstoffadditive, synthetische Moschusverbindungen und perfluorierte Verbindungen, gezielt aus kommunalem Abwasser entfernt werden können.
Aromatic sulfonates are synthetic compounds that are widely used in European industry and households, in applications as diverse as detergents, pharmaceuticals, tanning agents and cement additives. Although these chemicals are regarded as xenobiotics, and accumulate in certain environmental compartments, natural sulfonates of unknown structure also make up a large proportion (more than 50 percent) of the sulfur in forest and agricultural soils. The SUITE project will investigate the desulfonation of synthetic and natural sulfonates by aerobic and anerobic bacteria in soils from various European climate zones, and relate this to the sulfur status in the soils studied and to sulfur cycling in soil organic matter. This emphasis on the sulfur cycle is a novel one in biodegradation/bioremediation studies, and will provide a model for investigations of other sulfur-containing xenobiotics in the environment. In addition, by characterizing the structure and cycling of naturally-occuring sulfonates for the first time, SUITE aims not only to achieve an understanding of sulfur cycling which will be of value in agriculture and forest management, but also to link microbial processes in uncontaminated environments to potential bioremediation problems throughout Europe, for edictive and management purposes. The main objective of the project are: 1) Characterization of the desulfonation enzymes and their genes in aerobic and anaerobic bacteria, and development of new methods (RT-PCR) for direct analysis of the expression of these desulfonation genes in various soil environments. The soil environments tested will include: a) uncontaminated soils ('pristine soils'), representative of the different climatic conditions of Europe on a north-south gradient from North Sweden to Italy, and carrying different vegetation types, b) contaminated soils, including soils which have been subject to acid precipitation and soils which have been directly contaminated with aromatic sulfonates (activated sludge, landfill). 2) Characterization of the biodiversity of microorganisms able to desulfonate natural and synthetic sulfonates in the soils tested. 3) Structural characterization of naturally-occurring sulfonates in soils, 4) Analysis of the cycling of sulfur between organic matter and inorganic sulfur forms in the tested soils, in dependence on climatic conditions and the sulfate and carbon content of the soils, 5) Analysis of the sulfur composition of the tested soils (i e inorganic sulfate, sulfate ester, amino acid sulfur, sulfonate sulfur), and correlation of sulfonatase gene expression with the levels of inorganic sulfate and other sulfur compounds, 6) Analysis of the desulfonation of added xenobiotic sulfonates in microcosms set up with the soils studied, and investigations of the pathways and complexity of desulfonation and mineralization processes with and without the addition of specific bacterial inocula.
Bislang von deutscher und tschechischer Seite durchgefuehrte Untersuchungen zur Belastung der Elbe mit xenobiotischen Organika beschraenken sich ueberwiegend auf eine Auswahl vergleichsweise unpolarer organischer Mikroverunreinigungen. Bezueglich des Vorkommens aromatischer Sulfonate, synthetischer Komplexbildner, aliphatischer Amine, halogenierter Essigsaeuren und Ether in der Elbe existieren fuer den deutschen Flussabschnitt erste Untersuchungsergebnisse. Daten zur Situation in der tschechischen Elbe/Labe liegen bisher noch nicht vor. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, dem tschechischen Partner VUV-TGM. Prag durch know-how-Transfer eigene Messungen zur Bestandsaufnahme der Gewaesserkontamination mit polaren organischen Spurenstoffen auf tschechischer Seite zu ermoeglichen. Auf deutscher Seite liegt der Schwerpunkt der Arbeiten vor allem in Untersuchungen zum Eintrag, zur Verteilung und zum Verbleib der interessierenden polaren Mikroverunreinigungen im Fliessgewaesser. In beiden Laendern sollen das Wissen um die Herkunft der ausgewaehlten Spurenstoffe erweitert und die wichtigsten Eintragungsquellen in den Fluss lokalisiert werden.
Die in der ASAM-Ablauge enthaltenen Zuckersaeuren haben zusaetzlich zu den Lignosulfonaten einen geringen dispergierenden Effekt. Auch verzoegern sie ein Absetzten der dispergierten Teilchen z.B. bei Einsatz der Ablauge als Dispergiermittel fuer Beton. Weiterhin enthaelt die ASAM-Ablauge anorganische Chemikalien. Diese Stoffklasse erhoeht den pH-Wert der Suspensionen, was die Dispergierung der untersuchten Substanzen beguenstigt. Jedoch beeintraechtigen die anorganischen Chemikalien in der Ablauge die Ausbildung der dispergierend wirkenden Huelle um die suspendierten Teilchen. Eine Entfernung der anorganischen Substanzen durch Ultrafiltration wurde erfolgreich erprobt. Sie fuehrte zu einer Reduzierung der anorganischen Substanzen in der Ablauge. Als Dispergiermittel wurden ASAM-Ablaugen aus Fichten- und Buchenholzaufschluessen erprobt. Die Dispergierwirkung der Fichten-ASAM-Ablauge war der der Buchen-ASAM-Ablauge ueberlegen. Weiterhin wird die Dispergierwirkung von ASAM-Ablaugen auf der Basis von Einjahrespflanzen, insbesondere Hanf, getestet. Der Mindestpreis, der fuer die Ablauge als Dispergiermittel zu erzielen ist, muss den Energieinhalt der Ablauge und den Wert der in der Ablauge enthaltenen Aufschlusschemikalien kompensieren. Mit der ASAM-Ablauge von der Wirkung gleichwertige, auf dem Markt vertretene Dispergiermittel, erzielen deutlich ueber diesem Mindestpreis liegende Preise. Somit erscheint fuer kleinere ASAM- Anlagen ein Verzicht auf eine Chemikalienrueckgewinnung und eine alternative Ablaugenverwertung moeglich. Fuer Anlagen im grossen Massstab ist jedoch eine Chemikalienrueckgewinnung erforderlich, da der Absatzmarkt fuer Lignosulfonate zur Zeit begrenzt ist. Ergebnis: Die Dispergierwirkung der Fichten-ASAM-Ablauge war der der Buchen-ASAM-Ablauge ueberlegen. Weiterhin wird die Dispergierwirkung von ASAM-Ablaugen auf der Basis von Einjahrespflanzen, insbesondere Hanf, getestet. Der Mindestpreis, der fuer die Ablauge als Dispergiermittel zu erzielen ist, muss den Energieinhalt der Ablauge und den Wert der in der Ablauge enthaltenen Aufschlusschemikalien kompensieren. Mit der ASAM-Ablauge von der Wirkung gleichwertige, auf dem Markt vertretene Dispergiermittel, erzielen deutlich ueber diesem Mindestpreis liegende Preise. Somit erscheint fuer kleinere ASAM- Anlagen ein Verzicht auf eine Chemikalienrueckgewinnung und eine alternative Ablaugenverwertung moeglich. Fuer Anlagen im grossen Massstab ist jedoch eine Chemikalienrueckgewinnung erforderlich, da der Absatzmarkt fuer Lignosulfonate zur Zeit begrenzt ist.
Es wird erwartet, dass die bislang nicht beachteten hoehermolekularen Sulfonate, insbesondere die grosstechnisch wichtigen Kondensate von Naphthalin und Melamin mit Formaldehyd, einen bedeutenden Beitrag zum Gehalt an organisch gebundenem Schwefel in natuerlichen Waessern leisten. Im Rahmen diesen Vorhabens soll daher das Verhalten dieser Stoffgruppe bei der Trinkwasseraufbereitung untersucht werden. Dabei soll die Wirksamkeit der Aufbereitungstechniken Uferpassage, Flockung, Ozonung, Adsorption an Aktivkohle und Desinfektion sowohl im Labormassstab als auch in der Wasserwerkspraxis ermittelt werden. Voraussetzung fuer diese technologisch orientierten Arbeiten sind leistungsfaehige Analysemethoden fuer die Bestimmung der hoehermolekularen Sulfonate im Spurenbereich. Deshalb muessen vorab in einem analytischen Teil des Vorhabens vorhandene Nachweismethoden modifiziert und erweitert werden.
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| Chemische Verbindung | 67 |
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