Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Adsorptionsgleichgewicht organischer Wasserinhaltsstoffe an Aktivkohle. Auf thermodynamischer Basis soll eine anwendungsorientierte Methode entwickelt werden, um Adsorptionsgleichgewichte fuer die Reinigung industrieller Abwaesser vorausberechnen zu koennen.
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)
Ziel des Vorhabens ist die Aufklaerung der chemischen Vorgaenge in der aquatischen Umwelt (Boden, Binnengewaesser, technologische Reinigungsprozesse). Gegenwaertige Schwerpunkte der Arbeiten sind dabei die Untersuchung der Stoffumsaetze bei der Grundwasserbildung, insbesondere die Aufnahme von Haerte und Nitrat, sowie des Verhaltens der Reststoffe biologisch behandelter Abwaesser, etwa bei der Mobilisierung von Schwermetallen im Sediment. Es werden dazu Messverfahren, vor allem fuer organische Wasserinhaltsstoffe, entwickelt und eingesetzt. Die Stoffumsaetze werden mit Hilfe mathematischer Modelle beschrieben.
Durch den Bau und den Betrieb der Demonstrationsanlage soll der Funktionsnachweis einer neuartigen Verfahrenskombination zur Aufbereitung von Weserwasser nachgewiesen werden. Das Verfahrenskonzept besteht im wesentlichen aus einer zweistufigen Membrananlage, wobei in der ersten Stufe mit einer Ultrafiltration ungeloeste Wasserinhaltsstoffe und Bakterien abgetrennt werden sollen. Mit einem zweiten Verfahrensschritt soll das Wasser mit einer Umkehrosmose-Anlage entsalzt werden. Die derzeit hohen Kosten zur Aufbereitung von Weserwasser sollen durch den Einsatz eines modernen/innovativen Verfahrens normalisiert werden, um den Wettbewerbsnachteil gegenueber anderen Stahlerzeugern zu verringern. Die Salzfracht des in den Vorfluter abzuleitenden Abwassers wird durch den Einsatz der Membrantechnologie drastisch reduziert. Weiterhin wird der Chemikalieneinsatz drastisch gesenkt.
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.
Vorversuche mit Modellkomponenten haben bereits gezeigt, dass ueberkritisches CO2 geeignet ist, organischen Kohlenstoff aus Wasser zu extrahieren. Ziel der Arbeiten ist jetzt die kontinuierliche Detektion, wozu hauptsaechlich apparative Entwicklungsarbeit erforderlich ist.
Veranlassung Die Erfassung, Untersuchung und Modellierung der Fließ- und Transportprozesse von Wasser, Schwebstoff / Sediment sowie von Nähr-, Schad- und Spurenstoffen erfolgen in der BfG überwiegend fachspezifisch mit separaten Messnetzen, Methoden und Modellen. Neben der zum Erkenntnisgewinn notwendigen Zerlegung in Einzelprozesse bedarf es auch der Zusammenfügung sektoraler Messdaten, Modellergebnisse und Erkenntnisse, um der Interaktion natürlicher Prozesse gerecht zu werden. Die Attributierung von Stoffströmen hilft bei der Ermittlung von Quellen (z.B. Schadstoffeinträge). Im Umkehrschluss erlaubt die Kenntnis der Zusammensetzung von Wasser- und Stoffströmen gezieltere Messungen. Darauf aufbauende Prognosewerkzeuge können auch zur Abschätzung des Einflusses von Maßnahmen oder sonstigen Veränderungen im Einzugsgebiet genutzt werden. Die Zusammensetzung des Wassers ist besonders bei Niedrigwasser von Interesse, da z.B. der relative Anteil gereinigten Abwassers aus Kläranlagen ansteigt. Bei klimawandelbedingt zunehmenden Niedrigwasserphasen ist dieses Wissen nötiger denn je. Ziele - detaillierte Aufklärung und Abbildung von Herkunft und Dynamik der Wassermassen und des gelösten und partikulären Stofftransports großer Flüsse am Beispiel des Rheins - Erhebung und Re-Analyse von Daten - dynamische Wasser- und Stoffstromanalyse - Entwicklung eines Prototyps für Echtzeit-Prognose / Vorhersage Die 2500 Jahre alte Erkenntnis des Philosophen Heraklit ‘Man kann nicht zweimal in denselben Fluss steigen, denn andere Wasser strömen nach’ wirft Fragen auf: Woher kommen das Wasser und darin befindliche Stoffe? Wie lange ist es unterwegs? Wie setzt es sich zusammen? Für eine herkunftsbezogene Untersuchung der Zusammensetzung des aktuell im Fluss vorbeifließenden Wassers müssen die zeitliche Dynamik des Durchflusses auf den bisherigen Fließwegen und die dortigen Stoffkonzentrationen bekannt sein. FLUXAM untersucht Herkunft und Dynamik der Wassermassen und des fluviatilen Stofftransports großer Flüsse. Modellierungsgrundlagen werden durch Messungen mit Tritium sowie durch die Erprobung weiterer innovativer Tracer geschaffen.
Die Bestimmung der PAK im Wasser durch Duennschichtchromatographie ist wegen der unzulaenglichen Trennleistung der gebraeuchlichen Schichten unbefriedigend. Es werden deshalb Versuche zur gaschromatographischen Bestimmung der PAK durchgefuehrt.
Die Sedimente, der Wasserkoerper sowie Gesteine des Einzugsgebietes verschiedener Seen im Sueden Chiles werden geochemisch untersucht. Da diese Seen anthropogen voellig unbeeinflusst sind, soll der natuerliche Loesungsinhalt (insbesondere Schwermetall) bestimmt werden. Die Studie dient zur Ermittlung des natuerlichen geochemischen Backgrounds.
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.