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Entfernung von toxischen Schwermetallen aus industriellen Abwässern unter Verwendung immobilisierter Makroalgenbiomasse

Mit dem Projekt wird das Ziel verfolgt, ein wirtschaftlich einsetzbares Verfahren zur Schwermetallentfernung auf der Grundlage von Algenbiomasse zu entwickeln. Die Grundlage für die Antragstellung bilden die Ergebnisse, die zur Abtrennung von Schwermetallen aus der wässrigen Phase im Sonderforschungsbereich 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 'Biologische Behandlung industrieller und gewerblicher Abwässer' an der Technischen Universität Berlin in der 3. und 4. Förderphase von 1997 bis 2001 unter Verwendung von Mikroalgenbiomasse erreicht wurden. Mit dem Forschungsvorhaben soll versucht werden, dem Problem der Bereitstellung preiswerter Biomasse näher zu kommen. Hierzu können marine Makroalgen, die aus dem Meer gewonnen werden oder die bereits zur Wertstoffgewinnung verwendet werden, dienen. Bisher sind in den Teilprojekten F2 und F3 des Sonderforschungsbereichs 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 30 verschiedene Mikroalgen aus unterschiedlichen Bezugsquellen eingesetzt worden. Der gegenwärtige Stand der Untersuchungen im Hinblick auf Aufnahmekapazität und -geschwindigkeit der Schadstoffe lässt Rückschlüsse auf eine erfolgversprechende technische Anwendungsmöglichkeit zu. Voraussetzung dafür ist die Lösung des Problems des durch die Kultivierungsbedingungen für die Mikroalgen noch zu hohen Preises für die Biomasse. Zeigen Makroalgen im Vergleich zu den Mikroalgen ähnliche positive Eigenschaften im Hinblick auf die Aufnahmefähigkeit (Kapazität, Selektivität) für Schwermetallionen, so könnten Immobilisate auf der Basis von Makroalgenbiomasse eine Alternative darstellen. Neben den bereits im Sonderforschungsbereich 193 eingesetzten Metallen Blei, Nickel, Cadmium, Zink und Kupfer ist die Ausdehnung der Untersuchungen auf weitere Metalle geplant, die als Kontaminationen in der Abwasseraufbereitung unterschiedlicher Herkunftsquellen eine wichtige Rolle spielen. Vorgesehen ist eine Erweiterung auf die Metalle Chrom (Cr+3) und Arsen (As). Der Schwerpunkt der Untersuchungen sollte auf industriell nutzbaren preiswerten Makroalgen liegen, die in großer Menge als Biomassenquelle vorhanden sind und leicht beschafft werden können.

Potentiale einer am Kreislaufgedanken orientierten Wasserbewirtschaftung in urbanen Oekosystemen

Die bestehende Stadtentwaesserung ist auf die schnelle Ableitung von Abwaessern inkl. des Niederschlagswassers optimiert. In einem extrem dicht besiedelten und durch vielfaeltige Flaecheninanspruchnahme gekennzeichneten Gebiet wird abgeschaetzt, welches Potential die am Prinzip von Nachhaltigkeit und Kreislauffuehrung von Stoffen orientierten alternativen Vorgehensweisen der Wasserbewirtschaftung besitzen. Dabei werden die Wahrung des Entwaesserungskomforts und die Preisgestaltung beruecksichtigt.

Modellhafter Vergleich von Verfahren zur Grauwasseraufbereitung im Versuchspark Hannover-Haegewiesen

NEWR: Oxidation mit Sulfat-Radikalen in einem nano-aktivierten katalytischen Filtrationsprozess zur Wasserwiederverwendung (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Lokale und nachhaltige Meeresfischaquakultur durch integrierten Pflanzenanbau, Teilprojekt B

Lernen mit der WasserFarm - Hydroponik in der Bildung

Zielsetzung: Die auch hierzulande zunehmenden Dürreperioden und sinkenden Grundwasserstände rücken das Thema wassereffiziente Nahrungsmittelproduktion vermehrt in den Fokus. Dennoch fehlt im laufenden Schulbetrieb häufig der Bezug oder die Möglichkeit, zusammenhängende Prozesse praxisnah zu erkunden, zu erleben und zu verstehen. Schülerinnen und Schülern diese wichtigen Lernprozesse zu ermöglichen und im Sinne des BNE-Ansatzes interdisziplinäre, reflexive und forschende Gestaltungskompetenzen an Schulen zu fördern, ist wesentlicher Inhalt des vorliegenden Projekts 'WasserFarm'. Zentrale Bestandteile der 'WasserFarm' sind die Schulung von Lehrpersonal, die Vermittlung von Basiswissen der hydroponischen Kultivierung und systemspezifischer Inhalte mit MINT-Bezug sowie die Unterstützung eines partizipativen Lern- und Verständnisprozesses von Schülerinnen und Schülern bezüglich globaler Nachhaltigkeit. Hydroponik ist eine erdlose und damit standortunabhängige Anbaumethode von Pflanzen. Die Pflanzen werden dabei durch eine Nährstofflösung mit allen wichtigen Nährstoffen versorgt. Durch die kontinuierliche Wiederverwendung des Wassers, also die Kreislaufführung dieser wasserbasierten Nährstofflösung, zeichnet sich der hydroponische Anbau durch eine hohe Ressourceneffizienz und die Vermeidung von umweltbelastenden Nährstoffüberschüssen, Pestiziden, Insektiziden und Herbiziden aus. Ziel des Projektes ist es, durch ein objektbezogenes interdisziplinäres Schulungskonzept einen Lernrahmen zu schaffen, in dem Schülerinnen und Schülern durch Partizipation und Mitgestaltung fächerübergreifende Themen wie die nachhaltige Lebensmittelproduktion, Funktionsweisen von Kreislauftechnologien, Nährstoff- und Wasserkreisläufe, Ressourceneffizienz erlernen und so ein Bewusstsein für globale Herausforderungen und Lösungsansätze im Sinne der Sustainable Development Goals entwickeln können. Darüber hinaus soll den Schülerinnen und Schülern das Wissen und die Mittel mitgegeben werden, um auch eigenständig eine Hydroponikanlage einrichten und betreiben zu können. Dadurch sollen deren Nachhaltigkeits- und Gestaltungskompetenzen gefördert und ein Bewusstsein für globale Herausforderungen und Lösungsansätze in Zeiten des Klimawandels geweckt werden. Das Projekt wird an drei Pilotschulen in zwei Bundesländern (Brandenburg, Schleswig-Holstein) durchgeführt.

Konzeptstudie zur Abwärmenutzung in einem Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerk (LGT)

Die Einspeicherung von Druckluft in die Kavernen des LGT muss nahezu isotherm erfolgen. Die dabei anfallende Verdichtungswärme wird bisher in die Umgebung abgegeben. In der Studie werden Möglichkeiten untersucht und bewertet, diese und auch die Turbinenabwärme bei Turbinenbetrieb in Form von Dampf zu speichern. Mit dem gespeicherten Dampf wird beim Ausspeichern ein integrierter Gas-Dampf-Prozess realisiert, mit dem die gespeicherte Energie genutzt werden kann, was zu deutlichen Brennstoffeinsparungen führt.

Transportwege von Feuchte und Wasserdampfisotopologe

Das Zusammenspiel von atmosphärischem Wasser und Zirkulation über Beeinflussung des Strahlungshaushalts, den Transport latenter Wärme und Rückkopplungsmechanismen von Wolken ist eines der bedeutendsten Hindernisse für das Verständnis des Klimasystems. Ein Vergleich zwischen Modellen verschiedener Auflösungen und Parameterisierungen kann wertvolle Einblicke in die Problematik geben. Jedoch werden für aussagekräftige Modelltests Messdaten benötigt. In diesem Zusammenhang können Isotopologen des troposphärischen Wasserdampfs eine wichtige Rolle spielen. Das Isotopologenverhältnis reflektiert die Bedingungen am Ort des Feuchteeintrags sowie verschiedene Umwandlungsprozesse (z.B. in Wolken). Während der letzten Jahre gab es großen Fortschritt beim Modellieren und Messen der Isotopologenverhältnisse, so dass kombinierte Untersuchungen nun global zeitlich und räumlich hochaufgelöst durchführbar sind. Das Ziel dieses Projektes ist es, Wasserdampfisotopologe als neue Methode zu etablieren, um modellierte atmosphärische Feuchteprozesse zu testen und damit einige der größten Herausforderungen der aktuellen Klimaforschung anzugehen. Um statistisch robuste Untersuchungen zu ermöglichen, werden wir eine große Anzahl von (H2O, deltaD)-Paaren messen (deltaD ist das standardisierte Verhältnis zwischen den Isotopologen HD16O und H216O). Zum ersten Mal wird dann ein validierter Beobachtungsdatensatz zur Verfügung stehen, der große Gebiete, lange Zeiträume und verschiedene Tageszeiten abdeckt. Gleichzeitig wird ein hochauflösendes meteorologisches Modell, welches die Isotopologe simuliert, benutzt, um zu untersuchen inwiefern sich Eintrag und Transport von Feuchte in den Isotopologen wiederspiegeln. Diese Kombination von Messung und Modell ist einzigartig zum Testen der Modellierung von Feuchteprozessen. Das Potential der Isotopologen wird anhand von drei klimatisch interessanten Regionen aufgezeigt. Für Europa wird unser Ansatz einen wertvollen Einblick in den Zusammenhang zwischen Feuchteeintrag und den Isotopologen im Falle hochvariablen Wettergeschehens geben. Über dem subtropischen Nordatlantik werden wir Mischprozessen zwischen der marinen Grenzschicht und der freien Troposphäre untersuchen. Die verschiedenartige Einbindung dieser Prozesse in Modelle ist sehr wahrscheinlich ein Grund für die große Unsicherheit bei Rückkopplungsmechanismen von Wolken. Über Westafrika wird die Modellierung des Monsuns getestet (horizontaler Feuchtetransport, Feuchterückfluss von Land in die Troposphäre, und Tagesgänge in Zusammenhang mit vertikalen Mischprozessen). Die Frage, wie organisierte Konvektion die Monsunzirkulation und die Feuchtetransportwege beeinflusst, wird dabei von besonderem Interesse sein. In Kombination werden die Ergebnisse helfen, Defizite in aktuellen Wetter- und Klimamodellen aufzuspüren und besser zu verstehen, und dadurch einen wichtigen Beitrag für zukünftige Modellverbesserungen liefern.

Bestandsaufnahme und Verbesserung von Wasserkreislaeufen in Papierfabriken mit integrierter Altpapierstofferzeugung

1. Der bei der Papiererzeugung seit 1974 von 48 auf 16 l/kg Produkt verringerte mittlere Frischwassereinsatz und die Zunahme der mit dem Altpapier eingetragenen Stoerstofffracht fuehrte zu einer Aufkonzentrierung von geloesten und kolloidalen Substanzen im Kreislaufwasser. Durch angepasste Kreislaufschaltungen kann die erhoehte Belastung des Kreislaufwassers vermieden werden, um eine geregelte Produktion und eine entsprechende Produktqualitaet zu gewaehrleisten. Bisher sind jedoch kaum allgemeine Regeln erkennbar, die eine verbesserte Kreislaufschaltung bei einer bestimmten Produktgruppe auszeichnen. 2. Ziel des Vorhabens war die Aufstellung allgemeiner Regeln zur Bewertung von Kreislaufschaltungen am Beispiel altpapierverarbeitender Papierfabriken und die Erarbeitung von Massnahmen zur Reduzierung der Kreislaufbelastung und damit zur Verringerung von Produktionsstoerungen. 3. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Untersuchungen in 8 Papierfabriken mit integrierter Altpapierstofferzeugung durchgefuehrt und umfassende Daten zur Belastung und Schaltung der Wasserkreislaeufe ermittelt. Es wurde eine Vorgehensweise zur systematischen Bestandsaufnahme von Wasserkreislaeufen erarbeitet. Die untersuchten Systeme unterscheiden sich nicht nur in der Hoehe der Belastung des Kreislaufwassers, sondern auch in der Struktur der Kreislaeufe stark voneinander. Die bekannten Kennzahlen (z.B. K1) deuten auf ein meist beachtliches Optimierungspotential hin. Zur Praezisierung des Optimierungspotential wurde ein neuer Kennwert (K2) entwickelt. Mit den Kennwerten K1 und K2 kann die Ist-Situation bewertet sowie der Erfolg von Optimierungsmassnahmen in Wasserkreislaeufen definiert und kontrolliert werden. Die Kennwerte stellen ein einfaches und leicht zu handhabendes Werkzeug zur Optimierung der Wasserkreislaeufe dar. 4. Fuer jede Papierfabrik wurden Optimierungsvorschlaege erarbeitet, die Reduzierungen der spezifischen Frischwassermengen um bis zu 50 Prozent bzw. die Verringerung der Belastungen (CSB) an den Papiermaschinen um bis zu 80 Prozent ermoeglichen. Mit diesen und einer Reihe weiteren Massnahmen zur Optimierung der Wasserkreislaeufe koennen Produktionskosten von bis zu 55 DM/t eingespart werden.

Wissenschaftliche Begleitung und Optimierung eines produktionsintegrierten Verfahrens zur Betriebswasserrueckgewinnung in einer Spezialfabrik und Bau einer Demonstrationsanlage im grosstechnischen Massstab

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