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Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt D03: Stabile Isotope: Entwicklung eines Paleo-Feuchtigkeit Proxys über die Sauerstoffisotopen-zusammensetzung von Kristallwasser in Calciumsulfaten

Dieses Projekt untersucht die 16O-17O-18O and the H-D Isotopensysteme im Kristallwasser von Gips (CaS04-2H20) und Bassanit (CaS04-2H20). Ziel ist der prinzipielle Nachweis, ob es möglich ist aus der Isotopie des Kristallwassers atmosphärische Parameter, wie z.B. die Luftfeuchtigkeit zum Zeitpunkt der Mineral(um)bildung, zu rekonstruieren.

Wassertechnologie und Wasseranalyse

Das Vorhaben ist in 4 Zielbereiche gegliedert: 1) Aufklaerung, Bilanzierung organischer Wasserschadstoffe, insbesondere biologisch schwer abbaubare Verbindungen, 2) Adsorptive Wasserreinigung mit Aluminiumoxid, insbesondere Abtrennung und Rueckgewinnung von Phosphat aus Abwasser, 3) Aufklaerung der Wirkung von Ozon auf organische Wasserinhaltsstoffe und Entwicklung eines Verfahrens der kombinierten Anwendung von Ozon und biologischer Behandlung fuer Abwasser, 4) Verfahrensentwicklung zur Teilentsalzung von Wasser durch Ionenaustausch, insbesondere zur Verminderung des Nitratgehaltes.

Anwendung von UV-Strahlen zur Desinfektion von Wasser

Zur Desinfektion von Wasser, insbesondere Trinkwasser, wurde die UV-Bestrahlung zwar schon Anfang dieses Jahrhunderts angewendet, aber durch die Methode der Chlorung verdraengt. Aufgrund der heutigen Belastung von Wasser mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen ist das Interesse groesser an Verfahren, bei denen dem Wasser keine Stoffe zugesetzt werden muessen. Mit zwei verschiedenen UV-Desinfektionsanlagen wird untersucht, mit welchen Mindestbestrahlungsdosen eine ausreichende Desinfektion erreicht werden kann. Dies wird mit unterschiedlichen Bakterienstaemmen (z.B. E. coli, Legiomella Pneumophila), mit unterschiedlichen Waessern (Trinkwasser, Oberflaechenwasser) untersucht.

Mineralogische und geochemische Untersuchungen an den Sedimenten der Edertal-Stausperre sowie an Boeden und Gesteinen des Einzugsgebietes

Die Sedimente des Stausees sowie der Zufluesse werden mineralogisch und geochemisch untersucht. Weitere Untersuchungen erfolgen an den Boeden und Gesteinen des Einzugsgebietes. Zufliessende Wasser sowie der Wasserkoerper des Sees werden ebenfalls analysiert. Dadurch ist es moeglich, den natuerlichen Loesungsinhalt des Sees festzustellen und Vergleiche im Hinblick auf natuerliche Herkunft und anthropogene Verunreinigungen festzustellen.

Ringversuch Acetylcholinesterase-Hemmung in Wasser der Arbeitsgruppe 'Pestizide im Wasser' der Senatskommission fuer Pflanzenschutz-, Pflanzenbehandlungs- und Vorratsschutzmittel der DFG

Ringversuch; Methode nach Prof. Ohnesorge/Dr. Menzel (Universitaet Duesseldorf) bzw. Dr. Weil (TU Muenchen).

Entwicklung von Analysenverfahren fuer eutrophierungsrelevante Wasserinhaltsstoffe

Die Analytik von Gewaessern bezueglich euthrophierungsrelevanter Inhaltsstoffe ist in vielfaeltiger Weise nicht hinreichend entwickelt. Insbesondere fehlen meist die automatisierbaren und dann in Mess-Stationen einsetzbaren Verfahren, die ohne komplizierte Auf- und Vorbereitungsverfahren arbeiten. Es wird versucht, durch Einsatz entsprechender physikalisch-chemischer und biochemischer Methoden neue, automatisierbare Bestimmungsmethoden zu entwickeln. Aktuelle Untersuchungen sind auf Phosphat-Analyse und Bestimmung des BSB gerichtet.

Chemischer Angriff auf geotechnische Elemente - in situ Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe

Die Tragfähigkeit von geotechnischen Bauteilen kann durch den Angriff betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe markant verringert werden. Daher sollen geeignete Untersuchungsmethoden zur Erfassung der dauerhaften in situ Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe sowie physikochemische Schutzmechanismen für die Herstellung der Bauteile konzipiert werden. Aufgabenstellung und Ziel Aktuell gibt es bei den laufenden Projekten der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) immer wieder Schwierigkeiten, die Auswirkungen eines chemischen Angriffs auf den Mörtel bzw. Beton bei geotechnischen Elementen wie Verpressankern, Kleinverpresspfählen und Betonpfählen bezüglich deren dauerhafter Tragfähigkeit realistisch zu bewerten und angemessene Anforderungen an Baustoffe und Bauweisen festzulegen. Exemplarisch seien hier nur die Einwirkungen infolge von Ammonium bei der 5. Schleuse Brunsbüttel, infolge von kalklösender Kohlensäure an der Dortmund-Ems-Kanal (DEK)-Nordstrecke und an der Stadtstrecke Oldenburg sowie infolge von Sulfat an den Staustufen Besigheim und Hessigheim aufgeführt. Die in der Literatur und teilweise auch im Regelwerk und in Zulassungen beschriebenen Lösungsansätze sind zumeist entweder nicht praxistauglich oder aufgrund der gewählten Randbedingungen bei den dokumentierten Modellversuchen nicht ausreichend realitätsnah. Im Rahmen eines in drei Teile gegliederten Gesamtvorhabens wird folgenden Fragestellungen nachgegangen: 1. Einwirkungen: Entwicklung geeigneter Untersuchungsmethoden zur Erfassung der dauerhaften In-situ-Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe aus Böden und Wässern auf geotechnische Elemente, Konzeption physikochemischer Schutzmechanismen bei der Herstellung. (Bearbeitung: K5, G3) 2. Widerstand: Wie verhalten sich Mörtel bzw. Beton der geotechnischen Elemente bei unterschiedlichen Einwirkungen? Wie kann der Widerstand zielsicher und dauerhaft beeinflusst werden? (Bearbeitung: B3, B2) 3. Tragverhalten: Welche Auswirkungen auf das Tragverhalten haben Veränderungen am Mörtel bzw. Beton geotechnischer Elemente als Folge eines chemischen Angriffs? (Bearbeitung: G2) Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei Bauvorhaben an Bundeswasserstraßen werden geotechnische Elemente wie Verpressanker, Kleinverpresspfähle und Betonpfähle aufgrund ihrer kostengünstigen und technisch ausgereiften Herstellung häufig eingesetzt. Typische Einsatzgebiete bilden dabei die Auftriebssicherung von Schleusen- und Wehrsohlen und die Rückverankerung von Ufereinfassungen sowie die temporäre Sicherung von Baugruben. Liegen erhöhte Gehalte betonaggressiver Substanzen in Grundwasser und Boden vor, können die vorgenannten geotechnische Elemente hingegen häufig nicht als dauerhafte Bauteile eingesetzt werden. In diesen Fällen ist man gezwungen, auf meist kosten- und platzintensivere Lösungen wie beispielsweise Stahlrammpfähle oder Ankertafeln und -wände zurückzugreifen. Infolgedessen ergeben sich für die zu erstellenden Bauwerke teils deutliche Kostensteigerungen, höhere Lärmbelästigungen, größere Erschütterungen und längere Bauzeiten. Untersuchungsmethoden Um im Vorfeld eine grobe Ersteinschätzung der zu erwartenden Betonaggressivität zu treffen und Laboranalysen auf ihre Plausibilität zu prüfen, wurden Karten zur potenziellen Betonaggressivität erstellt. Grundlage dafür sind die Hydrochemischen Hintergrundwerte, die von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe als „Web Map Service“ der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurden (Wagner et al. 2011). Für insgesamt 186 hydro-geochemische Einheiten, die sich aus geologisch-genetischen, lithologischen und hydrochemischen Gesichtspunkten in Deutschland ergeben, wurden die räumliche Verteilung der jeweiligen Expositionsklassen nach der DIN 4030, die sich aus den Hintergrundwerten für die Wasserinhaltsstoffe Ammonium, Magnesium und Sulfat ableiten lässt, dargestellt. (Text gekürzt)

Untersuchungen zur Ausbreitung von Haldenlösungen der Kalirückstandshalden am Beispiel der Halde Sollstedt, Thüringen

Durch die Verarbeitung und Förderung von Kalisalzen sind in Thüringen große Abraum- und Rückstandshalden entstanden. Die aufgehaldeten Salze werden niederschlagsinduziert aufgelöst und gelangen in Grund- und Oberflächengewässer. Das hoch mineralisierte Infiltrationswasser breitet sich im Grundwasser als Salzfahne aus und kann in Quellen wieder zutage treten. Am Beispiel der Kalirückstandshalde Sollstedt wird die Ausbreitung der in den Untergrund eingebrachten Salzlösung untersucht. Ziel des Vorhabens ist der Erwerb von Kenntnissen über die regionalen geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse einerseits. Andererseits im Sinne der Wasserwirtschaft, Untersuchungen der Wasserverhältnisse im Hinblick auf ihre Salinität und Wasserwegsamkeit. Im Abstromgebiet der Halde Sollstedt liegen mehrere Quellen, die stark mineralisiert sind. Die Halde Sollstedt sowie der von ihr ausgehende Salzeintrag in Oberflächen- und Grundwässer ist aufgrund der topographischen Situation und der geologischen Verhältnisse als möglicher Teilverursacher der hohen Mineralisation der Quellen einzustufen. Als weiterer möglicher Teilverursacher der Quellwasserbelastung wird eine ehemalige Hausmülldeponie, die sich im vermuteten Einzugsbereich der Quellen befindet untersucht. Geogene Ursachen, wie bisher nicht bekannte, natürliche Salzvorkommen im Untergrund sind als Weitere Ursachen der hohen Quellwassermineralisation nicht auszuschließen.

Der Einfluß von Wasserinhaltsstoffen auf die strahlungsbedingte Wärmeübertragung in Ozean und Küstengewässern

Die Wechselwirkungen von solaren Strahlungsflüssen und biologischen Prozessen haben fundamentale Auswirkungen auf physikalische Prozesse, Verfügbarkeit von Nährstoffen und Primärproduktion in den oberen Ozeanschichten, sowie den Austausch von Gasen mit der atmosphärischen Grenzschicht. Durch die Absorption solarer Strahlung tragen optisch aktive Wasserinhaltsstoffe zur Erwärmung der oberflächennahen Ozeanschichten bei und beeinflussen so über die Temperaturabhängigkeit der Stoffwechselraten von marinem Phytoplankton Primärproduktion und Export von Biomasse. Aufgrund der im Vergleich mit dem offenen Ozean stärker variablen Konzentrationen von anorganischen Schwebstoffen und CDOM (coloured dissolved organic matter, im Folgenden als Gelbstoff bezeichnet) ist die Zusammensetzung der Wasserinhaltsstoffe in Küstengewässern und Schelfmeeren oftmals durch eine hohe Heterogenität gekennzeichnet. Die Bildung von Gelbstoff und Änderungen in dessen Zusammensetzung aufgrund nicht-konservativer Prozesse hängen dabei in hohem Maße von der Lichtverfügbarkeit, weiterer Umweltbedingungen sowie der Zusammensetzung des Phytoplanktons ab. Darüber hinaus haben heterogene Verteilungen von Phytoplanktonpigmenten und anderen Wasserinhaltsstoffen Auswirkungen auf sub-mesoskalige vertikale Mischungsprozesse und advektive Flüsse, und damit auch auf Wassertemperatur und dichte, sowie das oberflächennahe Nährstoffangebot. Ein gutes Verständnis der Energieflüsse an der Ozeanoberfläche und in den oberen Ozeanschichten sowie deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt in Küstengewässern und Schelfmeeren ist von großer Bedeutung für die Modellierung des regionalen ozeanischen Klimas. Das vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel, den Beitrag von optisch aktiven Wasserinhaltsstoffen (einschließlich Phytoplankton, Gelbstoff und anorganischen Schwebstoffen) zu den Energieflüssen in den oberen Ozeanschichten und durch die Ozeanoberfläche hindurch zu quantifizieren. Es soll untersucht werden, inwieweit die heterogene Verteilung von Wasserinhaltsstoffen die sub-mesoskaligen vertikalen turbulenten Austauschvorgänge und advektiven Flüsse beeinflusst, und inwieweit die Lichtattenuation durch Gelbstoff Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Phytoplanktons hat. Zu diesem Zweck soll ein gekoppeltes Atmosphäre Ozean Zirkulationsmodell mit integriertem bio-optischem Modul synchron mit einem Atmosphäre Ozean Strahlungstransportmodell betrieben werden, so dass Erwärmungsraten aufgrund hochvariabler Konzentrationen von optisch aktiven Inhaltsstoffen mit hoher Genauigkeit berechnet, und so deren Auswirkungen auf die biophysikalischen Prozesse im Ozean analysiert werden können.

Entwicklung eines kontinuierlichen Kurzzeitmessverfahrens fuer die Konzentration biochemisch abbaubarer Wasserinhaltsstoffe

Durch Wahl geeigneter Werte fuer Bakterienkonzentration, Reaktionstemperatur, Sauerstoffeintrag und Reaktorbauform soll der biochemische Substratabbau in einer kontinuierlich durchstroemten Messzelle so beschleunigt werden, dass er in einer Stunde nahezu vollstaendig erfolgt. Aus der gasanalytisch gemessenen Sauerstoffkonzentrationsdifferenz des Gases wird in erster Naeherung auf die abgebaute Substratmenge und damit auf die Eintrittssubstratkonzentration geschlossen. Das entwickelte Verfahren eignet sich darueberhinaus auch fuer reaktionskinetische Untersuchungen zur biologischen Abwasserreinigung.

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