Untersuchung eines Bioreaktors fuer die biologische Abwasserreinigung. Der Reaktor besteht aus einem zylindrischen Behaelter, in dem sich zum dispergieren der Luft und zur Durchmischung der Biosuspension eine Hubeinrichtung befindet. Die Hubeinrichtung - bestehend aus einer Hubstange mit Lochscheiben - ist massgebend fuer die Leistungsfaehigkeit des Bioreaktors. Aus diesem Grunde soll der Einfluss von Hubfrequenz, Hubamplitude und Abstand der Lochscheiben auf die Verweilzeit des Abwassers untersucht werden. Weitere zu untersuchende Einflussgroessen sind: Bakterienkonzentration, Ruecklauf der Biokonzentration und Energiebedarf.
Es ist dringend erforderlich, die relevanten hydrologischen Prozesse in montanen mediterranen Einzugsgebieten zu verstehen, um deren potentielle Änderungen in ihren Funktionen für die Wasserversorgung durch den Klimawandel und Landnutzungsänderungen zu kennen. Daher möchte ich zusammen mit meiner Gastinstitution, dem IDAEA-CSIC in Barcelona, untersuchen, wie die Vegetation, die Böden und das Grundwasser das Speichern, die Mischung, die Abflussbildung, sowie die Evapotranspiration in dem Einzugsgebiet Vallcebre im Nordosten Spaniens beeinflussen. Die Forscher des IDAEA -CSIC haben hydrometrische Daten und stabile Isotope (d2H, d18O) der verschiedenen hydrologischen Kompartimente des Einzugsgebiets gesammelt. Somit liegen Informationen über den Freiland- und Bestandniederschlag, Stammabfluss, Bach- und Grundwasser, sowie Wasser im Boden und der Vegetation vor. Ich plane, diesen umfangreichen Datensatz zur Bestimmung der Verweilzeiten mit neue Methoden anzuwenden, damit sich unser Verständnis von Wasserfluss und Stofftransport in Einzugsgebieten verbessert. Ich werde zunächst testen, wie mittels 'StorAge Selection functions' (Rinaldo et al. 2015) die Dynamik der Verweilzeiten des Abflusses und der Evapotranspiration beschrieben werden können. Des Weiteren habe ich als Ziel die neuen Konzepte der 'young water fraction' (Kirchner 2016) and 'new water fraction' (Kirchner 2017) anzuwenden, um besser die kurzfristige Komponente der Verweilzeiten beschreiben zu können. Diese Methoden sind noch nicht für Mediterrane Einzugsgebiete getestet worden, aber der umfangreiche Datensatz für die Vallcebre Einzugsgebiete ermöglicht die Untersuchung aktueller Fragen der Einzugshydrologie: Können Studien zur Verweilzeit verbessert werden mit höherer Rate der Probennahme von Niederschlag und Abfluss? Wie wirken sich neu erschlossene Daten über Bestandsniederschlag, Stammabfluss, Wurzelwasseraufnahme oder Bodenwasserfluss auf die Analysen aus? Zuletzt werde ich die Information von Tiefenprofilen der Isotopenzusammensetzung von Porenwasser einbeziehen, um hydrologische Modelle zu testen und die Verweilzeiten im Boden mit der Verweilzeit des Einzugsgebietsabflusses in Bezug zu setzen. Letzteres baut auf meine Dissertation und derzeitiger Postdoc-Studien auf.
Die mineralhaltigen Waesser in Hessen besitzen neben hohen Ionenkonzentrationen oft auch hohe Kohlensaeuregehalte. Sie sind durch Bohrungen erschlossen und treten in Form von Quellen oder Brunnen auf. Viele dieser Waesser werden als Trink-, Mineral-, Heil- und Badewasser genutzt. Die Herkunft der zum Teil grossen CO2-Mengen wurde bereits frueher von den in dieser Region vorkommenden Basalten abgeleitet. Da jedoch keine rezente vulkanische Aktivitaet existiert, konnte letztlich nicht geklaert werden, wie das CO2-Gas, das bis heute stetig in den Kohlensaeuerlingen gefoerdert wird, ueber den langen Zeitraum fixiert werden konnte. Anhand der durchgefuehrten chemischen und 13C/12C-isotopenchemischen Untersuchungen liess sich bereits zeigen, dass vulkanogenes CO2 mit hoher Wahrscheinlichkeit in den Evaporit-Gesteinen des Zechsteins gebunden sein kann. In fortgesetzten Arbeiten wird das Untersuchungsgebiet erweitert. Hierbei sind andere moegliche Lagerungsformen von vulkanogenem CO2-Gas zu beachten. Die Zusammensetzung der Waesser wird im wesentlichen durch die Zusammensetzung der im Gesteinsverband vorkommenden Minerale bestimmt. Die im Vergleich zum Input-Wasser des Aquifers angereicherten Spurenelemente spiegeln die Aufloesungsprozesse sowie die Verweilzeit der Waesser im Gesteinsuntergrund wider. Die 18O/16O-Signatur des geloesten Gesamtkarbonats zeigt eindeutig die Anwesenheit von meteorischem Wasser.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Stabilität molekularer Strukturbausteine der organischen Substanz in Böden direkt zu bestimmen sowie den entsprechenden Kohlenstoffumsatz zu modellieren. Diese grundlegenden Informationen sind notwendig um den Stoffaustausch der organischen Substanz von Böden mit atmosphärischem CO2 abzuschätzen. Hierzu soll die von uns entwickelte Kopplung von Strukturanalyse und Isotopenverhältnis-Messung an Pyrolysebruchstücken eingesetzt werden. Anhand der natürlichen 13C-Markierung, die durch die Umstellung des 'Ewigen Roggens' auf Maismonokultur erfolgte, sollen Umsatzraten für die Strukturbausteine der organischen Substanz in Böden berechnet werden und durch substanzspezifische 14C-Altersbestimmung verifiziert werden. Dies ist notwendig, um anderen Kohlenstoffquellen wie z.B. hetero-, chemo- oder autotrophe CO2-Fixierung sowie weitere Stabilisierungsmechanismen (z.B. physikalische) aufklären zu können. In enger Kooperation mit anderen AG's des SPP sollen unsere Ergebnisse dazu beitragen, molekulare Mechanismen der Stabilisierung und ihre Regulation aufzuklären. Schließlich sollen unsere Ergebnisse genutzt werden, um das CENTURY-Modell weiterzuentwickeln.
Dieses Projekt umfasst zum einen Untersuchungen zur Verweilzeit des SO2 in der Atmosphaere, zum anderen die Messung sehr niedriger SO2 und H2S Konzentrationen. Zur Bestimmung des Ausscheidungsgrades des SO2 am Boden wurden Vertikalprofile (parallel zu Feuchte und Windprofilen) an einem meteorologischen Turm aufgenommen; zur Untersuchung der Oxidationsgeschwindigkeit wurde die Schwefel-38 Aktivitaet (Halbwertszeit 4 h, Produktion durch Hoehenstrahlung) im SO2 und Sulfat gemessen.
Grundlagen des vorliegenden Datensatzes bildet das Projekt zum Grundwasserflurabstand 2013. Der Flurabstand des Grundwassers wurde entsprechend der DIN 4049-3 aus Wasserständen der aktiven Grundwassermessstellen des LfU sowie von Daten Dritter aus der Stichtagsmessung vom Frühjahr 2011 errechnet. Die Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Bodenzone nach DIN 19732 ist auf den Wassergehalt des Bodens bezogen und wird aus dem Quotienten aus Wassergehalt [mm] und Sickerwasserrate [mm/a] ermittelt. Für die punktweisen Berechnungen standen ca. 50.000 Bohrungen zur Verfügung, aus denen schichtbezogene Daten ermittelt wurden. Für die Sickerwasserrate ist die Grundwasserneubildungsrate aus dem ArcEgmo für den Zeitraum 1986-2005 zur Grundlage genommen worden. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen zurückgegriffen und diese mittels Kriging-Interpolations-verfahren durchgeführt. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m² sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Fläche < 25.000 m² sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in der umgebenden Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen wurden ausgeschnitten. Grundlagen des vorliegenden Datensatzes bildet das Projekt zum Grundwasserflurabstand 2013. Der Flurabstand des Grundwassers wurde entsprechend der DIN 4049-3 aus Wasserständen der aktiven Grundwassermessstellen des LfU sowie von Daten Dritter aus der Stichtagsmessung vom Frühjahr 2011 errechnet. Die Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Bodenzone nach DIN 19732 ist auf den Wassergehalt des Bodens bezogen und wird aus dem Quotienten aus Wassergehalt [mm] und Sickerwasserrate [mm/a] ermittelt. Für die punktweisen Berechnungen standen ca. 50.000 Bohrungen zur Verfügung, aus denen schichtbezogene Daten ermittelt wurden. Für die Sickerwasserrate ist die Grundwasserneubildungsrate aus dem ArcEgmo für den Zeitraum 1986-2005 zur Grundlage genommen worden. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen zurückgegriffen und diese mittels Kriging-Interpolations-verfahren durchgeführt. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m² sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Fläche < 25.000 m² sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in der umgebenden Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen wurden ausgeschnitten. Grundlagen des vorliegenden Datensatzes bildet das Projekt zum Grundwasserflurabstand 2013. Der Flurabstand des Grundwassers wurde entsprechend der DIN 4049-3 aus Wasserständen der aktiven Grundwassermessstellen des LfU sowie von Daten Dritter aus der Stichtagsmessung vom Frühjahr 2011 errechnet. Die Verweilzeit des Sickerwassers in der ungesättigten Bodenzone nach DIN 19732 ist auf den Wassergehalt des Bodens bezogen und wird aus dem Quotienten aus Wassergehalt [mm] und Sickerwasserrate [mm/a] ermittelt. Für die punktweisen Berechnungen standen ca. 50.000 Bohrungen zur Verfügung, aus denen schichtbezogene Daten ermittelt wurden. Für die Sickerwasserrate ist die Grundwasserneubildungsrate aus dem ArcEgmo für den Zeitraum 1986-2005 zur Grundlage genommen worden. Für die Regionalisierung wurde auf ca. 14.100 Bohrungen zurückgegriffen und diese mittels Kriging-Interpolations-verfahren durchgeführt. Die Auflösung erfolgte im Raster von 10x10 m. Errechnete Flächen von < 25.000 m² sind in die umhüllende Fläche eingegangen. Seen mit einer Fläche < 25.000 m² sind nicht berücksichtigt worden und ebenfalls in der umgebenden Fläche aufgelöst worden. Tagebauflächen wurden ausgeschnitten.
Es wurden Rinder- und Pferdemistmieten auf Sickersaftbildung und N-Austrag untersucht. Nur bei Rindermist wurden auch Versuche mit verschiedenen Abdeckungen durchgefuehrt. Sickersaftbildung und N-Austraege waren so gering, dass eine Gefaehrdung des Grundwassers ausgeschlossen werden kann. Die Sickersaftbildung insbesondere am Beginn der Rottezeit ist zu einem grossen Teil durch Atmungswasser bedingt. Niederschlaege hatten eine verhaeltnismaessig geringe Wirkung. Die Abdeckung hatte keinen besonders grossen Effekt. Sie bewirkt im Gegenteil eine staerkere Rotte aufgrund hoeherer Mietentemperaturen und damit staerkere Sickersaftbildung sowie hoehere Verluste an N und C.
Das Potential für den kolloidgetragenen Transport (Co Transport) von Schadstoffen im Grundwasser durch natürliche und künstliche Kolloide ist seit den 80er Jahren bis zum heutigen Tag Gegenstand der Forschung. Insbesondere das Potential für den Co-Transport von unpolaren, hydrophoben Stoffen an natürlichen und künstlichen organischen aber auch anorganischen Kolloiden ist experimentell gut erfasst. Organische Schadstoffe treten in der aquatischen Umwelt allerdings häufig als ionare Spezies auf. Gerade bei geringen Anteilen organischen Kohlenstoffs im Grundwasserleiter ist ihr Sorptions- und damit auch ihr Umwelt- und Transportverhalten dann nicht durch die hydrophobe Sorption sondern durch Ionenaustausch geprägt. Prognosen zur Schadstoffausbreitung können dann sowohl zur Unter- als auch Überschätzung ihrer Mobilität führen. Trotz des hohen Adsorptionspotentials organischer Kationen an Tonen durch Ionenaustausch und einer z.T. der hydrophoben Sorption ähnlichen Sorptionshysterese wurde der Kationenaustausch als Sorptionsmechanismus für den Co-Transport bisher nicht systematisch untersucht. Es existieren keine grundlegenden Arbeiten zur Bedeutung des Kationenaustausches im Co-Transport organischer ionarer Spezies an Ton-Kolloiden. Ziel dieses Vorhabens ist die Bedeutung des Co-Transportes organischer Kationen an Ton-Kolloiden mit experimentellen Labormethoden systematisch zu erfassen und zu bewerten. Dafür sollen Batch und Säulen Experimente mit ein- und zweiwertigen organischen Kationen als Sorbent und Tonmineralen (Illite, Kaolinite und Montmorillonit) der Größenfraktionen 200, 500 und 1000 nm unter verschiedenen, definierten Bedingungen (pH, Ionenstärke, Valenz organischer Kationen und Verweilzeiten) in/mit silikatischer Matrix durchgeführt werden. Das Verständnis der komplexen Zusammenhänge des Co-Transports bildet einen Grundstein zur Abschätzung des Umweltpotentials organischer Schadstoffe in Gegenwart von Tonmineralen. Darüber hinaus schafft das Vorhaben die methodisch analytische Grundlagen für spätere experimentelle Laborexperimente an komplexen Materialien und in Geländeversuchen.
Das Qualitätskriterium für die Müllverbrennung, bzw. für die Ablagerung der Schlacke aus der Thermischen Abfallbehandlung ist der Glühverlust. Im FG Abfalltechnik besteht die begründete Vermutung, dass die Müllverbrennung verändert werden kann, wenn als Qualitätskriterium für eine Ablagerung der Schlacke nicht mehr der Glühverlust verwendet wird, sondern die für die mechanisch-biologisch behandelten Abfälle zu Grunde gelegten Größen Atmungsaktivität und Gasbildungsrate herangezogen werden und dabei in jedem Fall immer noch eine ausreichende Inertisierung erreicht wird. Um dies zu untersuchen soll die in die Müllverbrennung eingesetzte Abfallmenge durch Kurzverbrennungen vergrößert werden. Eine Kurzverbrennung kann durch die Verstärkung der Feuerraumbelastung, sowie die Verkürzung die Verweilzeit des Abfalls im Feuerraum erreicht werden. Den Zuordnungskriterien für Deponien für mechanisch-biologisch vorbehandelten Abfälle liegt der Ansatz zugrunde, dass beim biologischen Teilprozess der MBA der biologisch abbaubare Kohlenstoff weitestgehend abgebaut wird, so dass sich der verbleibende Abfall bei der Ablagerung auf einer Deponie trotz des Vorhandenseins von kohlenstoffhaltigen Bestandteilen inert verhält. Wenn bei der Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen der biologisch abbaubare Kohlenstoffanteil als leicht flüchtiger Anteil zuerst und schnell abgebaut wird, sollte trotz des oben beschriebenen erhöhten Mülldurchsatzes (Kurzverbrennung), die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate für die Schlacke, eingehalten werden können. Es muss überprüft werden, ob der bei der Kurzverbrennung verbleibende fixe Kohlenstoff biologisch nicht abbaubar ist und dadurch die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate nicht erhöht. Die Auswirkungen der Kurzverbrennung auf den Ausbrand sollen in Versuchen in der Technikumsverbrennungsanlage des FG Abfalltechnik durchgeführt werden. Die Kurzverbrennungen sollen durch zum einen die Erhöhung der Rostbelastung und zum anderen die Reduzierung der Verweilzeit umgesetzt werden. Zur Beurteilung des Ausbrandes wird von den Schlacken die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate und zum Vergleich der Glühverlust bestimmt. Die bei den Versuchen gewonnenen Ergebnisse sollen zeigen, dass eine Erhöhung der Mülldurchsatzleistung erreicht und dennoch ein ausreichender Ausbrand unter den Gesichtspunkten der Atmungsaktivität und der Gasbildungsrate gewährleistet werden kann. Unter diesen Bedingungen könnten die Durchsätze in den Müllverbrennungsanlagen vergrößert werden und dadurch eine Möglichkeit, das ab dem 01.06.2005 erwartete Kapazitätsdefizit an Abfallbehandlungsanlagen zu vermindern oder gar auszugleichen, gegeben werden.