Publikationen, Dissertationen, Auszeichnungen

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1 Tätigkeitsbericht Berlin, Deutschland Fax: ++49 (0) Inhalt Das Innovationszentrum Wasser in Ballungsräumen Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Wasserchemie und Analytik Limnologie Publikationen, Dissertationen, Auszeichnungen Mitarbeiter im Jahr 2011

2 Das Das am ist in der Fakultät III für Prozesswissenschaften angesiedelt. Die Lehraufgaben des Fachgebiets richten sich überwiegend auf den Diplom-, Bachelor- und Master Studiengang Technischer Umweltschutz der TU Berlin aus, wo Wasserreinhaltung als Vertiefungs- und Hauptfach bzw. Schwerpunktfach angeboten werden. Die Lehrveranstaltungen umfassen die Naturwissenschaften des Wassers, die Technologien der Trink- und Abwasserreinigung und rechtliche Regelungen der Wasserwirtschaft. Ca Studierende fertigen pro Jahr ihre Diplomarbeit hier an. Jedes Jahr nehmen einige Studenten des Instituts für Technischen Umweltschutz an Austauschprogrammen (Erasmus) teil. Die Betreuung dieser Studenten und die Koordination des Austauschs obliegen dem Fachgebiet Wasserreinhaltung. Die Forschungsgebiete des Fachgebiets sind in folgenden Bereichen angesiedelt: Physikalisch-chemische und biologische Verfahren der Wasseraufbereitung und weitergehenden Abwasserreinigung zur Wasserwiederverwendung Chemische Wasseranalytik speziell zu polaren Schadstoffen sowie deren Verhalten Limnologische und ökologische Themenstellungen Wir freuen uns sehr, dass wir vor kurzem zwei neue Analysengeräte anschaffen können. a) Die DFG finanzierte über das HBFG-Programm teilweise die Anschaffung eines LC- Tandem-MS. Diese Maßnahme erfolgte zusammen mit Prof. Kroh (Lebensmittelchemie und Lebensmittelanalytik), Prof. Kaupenjohann (Bodenkunde) und Prof. Rotard (Umweltchemie). b) Das BMBF hat ein MALDI-TOF im Rahmen eines Verbundprojektes mit Herrn Prof. Szewzyk (Umweltmikrobiologie) finanziert. Seit 2000 finanziert die TU Berlin nach Antrag des Fachgebietsleiters den fachbereichsübergreifenden Forschungsschwerpunkt (FSP) zum Thema Wasser in Ballungsräumen Methoden und Instrumente einer zukunftsfähigen Bewirtschaftung Am FSP Wasser sind ca. 20 Fachgebiete aus 5 Fakultäten beteiligt. Der FSP wird seit 2008 als Innovationszentrum Wasser (IZ) fortgeführt. Das Netzwerk des IZ Wasser und das Fachgebiet kooperieren vor allem mit dem KompetenzZentrum Wasser Berlin (KWB ggmbh) und den Berliner Wasserbetrieben (BWB), wie auch mit internationalen und nationalen Forschergruppen. Seit 2004 ist Prof. Jekel Vorsitzender der Wasserchemischen Gesellschaft, einer Fachgruppe der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Das Büro der Gesellschaft wird von Frau Meingast geführt. Für die Erstellung dieser Broschüre danke ich allen beteiligten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Die folgenden Seiten stellen die Forschungsthemen vor, die weit überwiegend als Doktorarbeiten bearbeitet werden. Ich hoffe, dieser Tätigkeitsbericht gefällt dem Leser. Über Rückäußerungen würde ich mich sehr freuen. Berlin, im April 2011 Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Jekel

3 Innovationszentrum Wasser in Ballungsräumen - Methoden und Instrumente einer zukunftsfähigen Bewirtschaftung Das Innovationszentrum "Wasser in Ballungsräumen" (IZ-WIB) ist eine fachbereichsübergreifende Initiative der TU Berlin. 22 Fachgebiete aus fünf Fakultäten bündeln ihre Aktivitäten in der Wasserforschung. Unter dem Motto "Methoden und Instrumente einer zukunftsfähigen Bewirtschaftung" kooperieren dabei Wissenschaftler aus den Natur-, Geistes-, Wirtschafts- und Ingenieurwissenschaften. Zahlreiche Fachdisziplinen mit erheblichen Forschungsleistungen zum Thema Wasser sind an der TU Berlin vorhanden (> 100 lfd. Drittmittelprojekte mit einem Gesamtbudget von 10.4 Mio., Stand Apil 2011). Neben dem Ausbau bestehender Kooperationen wird in Forschungsprojekten der Vernetzungsgrad der TU-Partner untereinander und mit externen Partner erhöht. Die stetig wachsenden Umweltprobleme urbaner Räume, die immer auch den Bereich Wasser tangieren, können nur durch gemeinsame Anstrengung der Beteiligten nachhaltig gelöst werden. Ziele und Schwerpunkte Übergreifende Ziele des Netzwerkes sind interdisziplinären Lösungen für eine nachhaltige und zukunftsfähige Wasserwirtschaft internationaler Ballungsräume. Hierbei schließt der Terminus Ballungsraum die Wasser- und Abwasserprobleme großer Städte als auch jene der angrenzenden ländlichen Gebiete (periurbaner Raum) mit ein. Das IZ-WIB kooperiert u. a. mit der Berliner Kompetenzzentrum Wasser ggmbh, den Berliner Wasserbetrieben (BWB) sowie mit klein- und mittelständischen Betrieben aus der Region Berlin / Brandenburg. Die Aktivitäten des IZ-WIB lassen sich in vier Kernbereiche unterteilen: Wasser- und Stoffkreisläufe in natürlichen und technischen Systemen Problemstoffe, Analytik und Verhalten in Wasser und Boden Organisation, Planung und Bewertung wasserwirtschaftlicher Maßnahmen Wissenstransfer und internationale Kooperationen Beteiligte Fachgebiete Angewandte Geophysik Bioanorganische Chemie Bodenkunde Dynamik und Betrieb technischer Anlagen Gebäudetechnik und Entwerfen Grundbau und Bodenmechanik Fluidsystemdynamik Hydrogeologie Laserspektroskopie Methoden der empirischen Sozialforschung Ökologie der Mikroorganismen Siedlungswasserwirtschaft Standortkunde / Bodenschutz Umweltchemie Umweltökonomie und Wirtschaftspolitik Umweltverfahrenstechnik Verfahrenstechnik Vergleichende Landschaftsökonomie Wasserreinhaltung Wasserwirtschaft und Hydrosystemmodellierung Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik Zentrum für Technik und Gesellschaft Sprecher des IZ-WIB: Geschäftsstelle: Dr.-Ing. Mathias Ernst Sigrid Peuker Friedericke Strobel Tel: +49 (0) , Fax: +49 (0) info@iz-wib.tu-berlin.de

4 Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Untersuchungen zur Kombination von Ozon oder erweiterten ozonbasierten Oxidationsverfahren mit anschließender Grundwasseranreicherung zur weitergehenden Behandlung von gereinigtem Abwasser (OXOSAT) Finanzierung: BMBF Laufzeit: 10/ /2013 Projektleitung: Prof. M. Jekel Bearbeitung: Uwe Hübner Kooperation: Mekorot, Tel Aviv Universität In der Kläranlage Shafdan in Tel Aviv, Israel, wird das gereinigte Abwasser seit Jahrzehnten mittels Grundwasseranreicherung (soil aquifer treatment) weitergehend gereinigt und das angereicherte Grundwasser zur Bewässerung in der Landwirtschaft verwendet. Trotz sehr guter Reinigungswirkung für viele Wasserinhaltsstoffe und langer Verweilzeiten im Boden können einige Substanzen, wie z. B. verschiedene Pharmazeutika, auch im gereinigten Wasser detektiert werden. Zudem haben reduzierende Bedingungen im Untergrund die Rücklösung von Mangan aus dem Boden zur Folge, was zu Problemen im Bewässerungssystem führt. Im Projekt OXOSAT soll die weitergehende Aufbereitung von gereinigtem Abwasser mit Verfahren der Oxidation mit Ozon und mit ozonbasierten erweiterten Oxidationsverfahren vor einer Versickerung untersucht werden. Dabei soll insbesondere i) die Entfernung ausgewählter Spurenstoffe bei der Oxidation, ii) die Bildung und biologische Entfernbarkeit von Metaboliten und Oxidationsnebenprodukten und iii) der Einfluss der Oxidation auf die Redoxbedingungen im Boden erforscht werden. Vorgehensweise Im ersten Projektjahr werden von der Tel Aviv Universität Bench-Scale Experimente mit Ozonanlage und Bodensäulen durchgeführt. Die Kläranlage Shafdan verfügt über eine Pilotanlage zur Versickerung von gereinigtem Abwasser (10 m 3 /h), die bereits in verschiedenen internationalen Projekten (SWITCH, RECLAIM) untersucht wurde. Im zweiten Projektjahr soll aufbauend auf den Ergebnissen der Bench-Scale Versuche eine Pilotanlage zur Vorozonung des zu versickernden Wassers errichtet werden. Neben der Entfernung von Spurenstoffen wird dabei insbesondere der Einfluss der Vorozonung auf die Redoxbedingungen im Boden untersucht. Die Aufgaben der TU Berlin umfassen neben der fachlichen Betreuung der Experimente in Shafdan die Durchführung ergänzender Experimente mit gereinigtem Abwasser der Kläranlage Berlin Ruhleben. Dabei soll insbesondere die Optimierung der Oxidation (beispielsweise mit erweiterten Oxidationsverfahren, AOP) hinsichtlich der Entfernung von Spurenstoffen und der Bildung von Oxidationsnebenprodukten (Bromat, NDMA) untersucht werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten an der TU Berlin ist die Untersuchung der möglichen Entfernung von Transformations- und Oxidationsnebenprodukten bei der Grundwasseranreicherung in biologischen Abbautests und Bodensäulen.

5 Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung NAPASAN Einsatz von Nanopartikeln zur Sanierung von Grundwasserschadensfällen Teilprojekt 2: Reaktivität und Stabilität von fein verteilten Fe(0) Nanopartikeln zur LCKW-Quellen- und -Fahnensanierung Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, PtJ) Laufzeit: Mai 2010 bis April 2013 Projektleitung: Prof. Martin Jekel, Dr.-Ing. Mathias Ernst Bearbeitung: Dipl.-Ing. Hendrik Paar Kooperation: Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau, VEGAS (Koordinator Gesamtprojekt); Universität Stuttgart, Institut für Theorie der Elektrotechnik; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Geowissenschaften; DECHEMA e. V., Karl-Winnacker-Institut; DVGW Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe; RWTH Aachen; Fa. UVR-FIA GmbH Freiberg; geo-log GmbH; IBL Umwelt- und Biotechnik GmbH; Hermes Messtechnik Kurzbeschreibung In der Grundwassersanierung wird Eisen(0) als Reduktionsmittel für organische Kontaminanten wie chlorierte Kohlenwasserstoffe u.a. in granulierter Form in so genannten reaktiven Wänden eingesetzt. Das Projekt NAPASAN behandelt den Ansatz, das Reduktionsmittel in Form von Fe(0)-Nanopartikeln als Suspension in das Aquifer zu injizieren, der den aufwendigen Bau der reaktiven Wand im Untergrund vermeiden würde. Die Nanopartikelsuspension stellt eine große Oberfläche für die Reduktion des Kontaminanten zur Verfügung und bietet weiter die Möglichkeit das Fe(0) in unmittelbarer Nähe der Schadstoffquelle im Aquifer zu platzieren. Dadurch wird ein schnellerer Stoffumsatz im Aquifer verbunden mit einer verkürzten Sanierungszeit erwartet. Im Projekt NAPASAN wird der Einsatz von Fe(0)-Nanopartikeln für die Grundwassersanierung untersucht. Ausgehend von der Herstellung der fein verteilten Fe(0)- Partikelsuspensionen über die Mahlung von Eisenpulver ist das Gesamtziel des Projekts der Weg bis zur Anwendung der Partikel im Feld. Ziel des Teilprojekts 2 im NAPASAN- Projekt ist die Charakterisierung von Fe(0)-Nanopartikeln auf Basis von Laborversuchen. Bezüglich der Charakterisierung sind die Eigenschaften Reaktivität, Stabilität (daher Aggregationsverhalten) sowie das damit verbundene Transportverhalten der Partikel maßgebend für den Erfolg der Anwendung in der Grundwassersanierung. Vorgehensweise Die Reaktivität sowie Einflüsse notwendiger Stabilisatoren auf die Reaktivität soll in Batchtests und Differentialkreislaufsystemen beobachtet werden. Betrachtet wird u.a. die Dehalogenierungsleistung. In den beiden Versuchssystemen liegen die Eisenpartikel zum einen fein dispers in einer Suspension vor und zum anderen immobilisiert in der Bodenmatrix (technischer Sand). Das Transportverhalten der kolloidalen Fe(0)-Suspension im Aquifer wird anhand von Säulenversuchen untersucht. Zusätze für den Transport der Partikel sollen eine möglichst weiten Transport sowie die homogene Verteilung des Eisens in den Säulen/im Boden erreichen.

6 Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung -Oxeram II- Entwicklung von nachhaltigen Verfahrensvarianten der weitergehenden Abwasserbehandlung Finanzierung: Berliner Wasserbetriebe (BWB); Veolia Water Berliner Senat, Europäische Union (EU) Laufzeit: Projektleitung: Bearbeitung: Dipl.-Ing. Manuel Godehardt Kooperation: Kompetenzzentrum Wasser (KWB) Berliner Wasserbetriebe (BWB) Koordination: Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB) Das OXERAM II Projekt hat zum Ziel eine kosten- und energieeffiziente weitergehende Abwasseraufbereitung mit zusätzlicher Phosphorentfernung und Desinfektion zu entwickeln. Eine vielversprechende Verfahrenskombination, welche die erforderliche Ablaufqualität bei geringen Investitions- und Betriebskosten sicherstellt, ist die Ozonung/Flockung als Vorbehandlung mit anschließender Niederdruckmembranfiltration. Die Effektivität von Niederdruckmembranen (Micro- und Ultrafiltration) ist jedoch stark vom Fouling der Membran abhängig. Deshalb soll die Entfernung von foulingverursachenden Substanzen (Bioploymeren) durch eine vorgeschaltete Ozonung und Flockung untersucht werden. Weiterhin muss die Bildung von Oxidationsnebenprodukten wie Bromat und die krebserregenden Nitrosamine (z.b. NDMA) bei der Ozonung von Kläranlagenablauf verfolgt werden, um eine sichere Einleitung des behandelten Abwassers in den Vorfluter zu gewährleisten. Vorgehensweise Die Vorgehensweise gliedert sich in die folgenden Teilaufgaben: Entwicklung einer analytischen Methode für das MALDI-TOF-MS, um die Biopolymere genauer zu charakterisieren Untersuchung des Einflusses einer Flockung und der Kombination Ozonung/Flockung auf die Entfernung von Biopolymeren Optimierung der Vorbehandlung (Ozonung/Flockung) für die Membranfiltration im Labormaßstab Entwicklung einer analytischen Methode für Oxidationsnebenprodukte Abschätzung der Bildung von Oxidationsnebenprodukten und Metaboliten

7 Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Entwicklung eines mobilen Probenahmeund Messsystems für Invertebraten und partikuläre Belastungen in Trinkwasser- Verteilungssystemen Finanzierung: BMWi/AiF Laufzeit: Juni 2010 Mai 2012 Projektleitung: Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Günter Gunkel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Daniel Titze Kooperation: TU Dresden, Scheideler Verfahrenstechnik GmbH, AquaLytis Die derzeitige demografische Entwicklung, sowie steigender Preisdruck und technischer Fortschritt führen in Deutschland und anderen europäischen Staaten zu einem abnehmenden Wasserbedarf. Daraus resultierende hydraulische Veränderungen in bestehenden Trinkwasserverteilungsnetzen verursachen qualitative Beeinträchtigungen des Trinkwassers, z.b. durch Ablagerung partikulären Materials. Seit Ende der 90er Jahre werden verstärkt tierische Organismen wie beispielsweise Wasserasseln (Asellus aquaticus) in Trinkwasserverteilungen festgestellt. Neben dem ästhetischen Problem stellen sowohl der Kot der Tiere als auch abgestorbene Wasserasseln eine Quelle für mikrobiell abbaubares, organisches Material dar. Im schlimmsten Fall kann dies zu einer partiellen Wiederverkeimung des Lebensmittels Trinkwasser führen. Projektziel und Vorgehensweise Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuen Probenahmesystems zur Charakterisierung der Besiedelung von Trinkwasserverteilungssystemen durch Invertebraten. Die Abtrennung der über einen Hydranten aus einem Trinkwasserverteilungssystem ausgetragenen Invertebraten soll dabei ohne mechanische Zerstörung erfolgen, um sie nachfolgend durch mikroskopische Analysen detektieren zu können. Mit Hilfe der gewonnenen Daten wird damit ein multimetrischer Bewertungsindex zur repräsentativen Beurteilung der Belastung von Trinkwasserverteilungssystemen entwickelt. Eine aus einem vorangegangenen Forschungsprojekt stammende Versuchsanlage wird erweitert und anschließend genutzt um unter Stagnationsbedingungen Versuche zur Wiederverkeimung von Trinkwasserrohren mit toten Asseln und Asselkot durchzuführen. Experimente in Kreislaufreaktoren sollen Aufschluss über die Elution und Zusammensetzung von Asselkot geben. Die quantitative Analyse der Partikel erfolgt mit REM-EDS, gelöste organische Kohlenwasserstoffe werden mit entsprechenden Methoden detektiert und analysiert (DOC, Molekulargewicht, Abbaubarkeit als BSB/CSB Verhältnis). Zur Validierung des neuen Probenahmesystems werden in regelmäßigen Abständen Probenahmen an Hydranten zweier ausgewählter Wasserversorgungsnetze mit entsprechenden Analysen (Beschreibung der Ablagerungen durch chemisch-physikalische und mikroskopische Analysen) durchgeführt. Die Funktionsweise der Probenahmeapparatur wird durch wiederholte Probenahme kontrolliert.

8 Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Optimierung der Entfernung von organischen Schadstoffen bei der künstlichen Grundwasseranreicherung durch Redox-Kontrolle und weitergehende Oxidationsverfahren (Phase 2) Finanzierung: Veolia, Berliner Wasserbetriebe Laufzeit: 11/ /2011 Projektleitung: Prof. M. Jekel Bearbeitung: Julie Sammet Kooperation: KompetenzZentrum Wasser Berlin (KWB) Die während der Uferfiltration und künstlichen Grundwasseranreicherung stattfindende Untergrundpassage hat sich bei der Trinkwasserproduktion als effektive Barriere gegen unterschiedlichste Substanzen im Oberflächenwasser bewährt. Außerdem wirkt sie als zusätzliche Reinigungsstufe nach der herkömmlichen Abwasserbehandlung. Hinsichtlich des Abbaus von DOC und spezifischer Spurenstoffe gibt es jedoch Einschränkungen. Das geplante Projekt soll die Möglichkeiten untersuchen, ob durch Kombination von Untergrundpassage und weitergehenden Oxidationsverfahren als vor- oder nachgeschaltete Reinigungsstufe diese Einschränkungen überwunden werden können. Vorgehensweise In der zweiten Phase des Projektes werden Bildung und Entfernung möglicher toxischer Neben- und Transformationsprodukte wie Bromat und NDMA untersucht, sowie der Abbau des biologisch abbaubaren Anteil des DOC. Dies wird in Säulenexperimenten im Laborund halbtechnischen Maßstab durchgeführt, um das Abbaupotential zu quantifizieren. Zusätzlich wird eine Pilotanlage am Tegeler See betrieben, in welcher Oberflächenwasser ozoniert und anschließend über einen Langsamsandfilter filtriert wird. Am Ende der Untersuchungen soll bewertet werden, wie die Entfernung des DOC auf der einen und toxischer Neben- und Transformationsprodukte auf der anderen Seite, durch eine Kombination von Ozonung und anschließender Untergrundpassage verbessert werden kann.

9 Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Hygienisches Trinkwasser für Flugzeuge: Entwicklung und Erprobung von hygienisch sicheren Trinkwasserversorgungssystemen Finanzierung: Airbus Deutschland GmbH (Water Supply Systems) Laufzeit: Projektleitung: Bearbeitung: Dipl.-Ing. Marlene A. Würtele Kooperation: Die Sicherung der bereitgestellten Trinkwasserqualität in Flugzeugwassersystemen erfordert besondere Anforderungen an Betrieb und Wartung dieser global mobilen Wasserversorgungseinrichtung. Hierfür ist derzeit eine regelmäßige Systemdesinfektion (Standdesinfektion) notwendig. Bei dieser für den Flugzeugbetrieb zeit- und kostenaufwändigen Wartungsprozedur werden Tanks und Rohrleitungen mit Desinfektionslösungen auf Basis von Chlor, Chlordioxid oder Wasserstoffperoxid desinfiziert. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer jederzeit hygienisch unbedenklichen Trinkwasserbereitstellung in Passagierflugzeugen mit Hilfe einer optimalen Desinfektion an Bord und deren Erprobung für kritische Füllwasserqualitäten und Betriebszustände. Projektziel und Vorgehensweise Der Wartungsaufwand für Tanks und Rohrleitungen soll durch Integration eines Desinfektionssystems an Bord des Flugzeugs verringert, bzw. die hierfür erforderlichen Wartungsintervalle verlängert werden. Auf die derzeit periodisch generell erforderliche Stand-/Systemdesinfektion könnte bei erfolgreicher Implementierung eventuell vollständig verzichtet werden. Darüber hinaus würde die an Bord bereitgestellte Trinkwasserqualität verbessert bzw. die gesetzlichen Grenzwerte hinsichtlich mikrobiologischer Parameter eingehalten werden. Methodisch werden hierbei u.a. die Auslegung der Desinfektion mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen im 1:1 -Maßstab optimiert und Langzeit - Betriebserfahrungen des optimierten Systems unter hinreichend realen, erschwerten Betriebsbedingungen gesammelt. Ergebnisse Ende 2007 begannen Planung, Aufbau und Programmierung der drei parallelen Versuchsanlagen. Die eingebauten Desinfektionseinheiten wurden 2008 Leistungstests unterzogen und Vorversuche zur Versuchszeit, Reproduzierbarkeit der Experimente und zum verwendeten Durchführungsprotokoll durchgeführt. Im Jahr 2009 wurden Optimierungstests und im Jahr 2010 Langzeitversuche in den Pilotanlagen durchgeführt.

10 Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Wasserdesinfektion mit UV-LEDs Techneau WP 2.5 Biodosimetrische Untersuchungen mit UV-LED Systemen Finanzierung: Europäischen Kommission und Veolia Water im Rahmen des FP6 Projekts TECHNEAU Laufzeit: Dezember 2008 Dezember 2009 Projektleitung: Prof. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Marlene A. Würtele Kooperation: Ferdinand-Braun-Institut; Institut für Festkörperphysik Koordination: KompetenzZentrum Wasser Berlin (KWB) Ultraviolettes Licht emittierende Dioden kurz UV LEDs finden in ganz unterschiedlichen Bereichen Anwendung. Sie bieten trotz ihrer bisher noch geringen Emissionsleistung und kurzen Lebensdauer viele Vorteile. In der Trinkwasserdesinfektion sind beispielsweise kompakte Bauweise, geringer Stromverbrauch, hohe Energieeffizienz und das nicht vorhandene Entsorgungsproblem (verglichen mit konventionellen Quecksilberlampen) von großem Vorteil. Sie bieten daher in der Trinkwasserdesinfektion eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Lampen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde die Desinfektionswirksamkeit von GaNbasierten UV LEDs mit Emissionswellenlängen von 269 und 282 nm untersucht. Projektziel und Vorgehensweise Die Untersuchungen beinhalteten die Entwicklung eines UV LED Testmoduls unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen der Wasserdesinfektion sowie die Evaluierung der Leistungsfähigkeit der UV LEDs bei verschiedenen Betriebsbedingungen. Mikrobiologische Tests wurden mit Bacillus subtilis als Testorganismus in UV-Modulen mit Emissionswellenlängen von 269 und 282 nm durchgeführt. Ergebnisse Die Ergebnisse zeigen die Funktionsfähigkeit der entwickelten UV LED Testmodule. Die GaN-basierten UV LEDs inaktivieren Bacillus subtilis Sporen in statischen Tests und in Durchflussversuchen mit unterschiedlichen Wasserqualitäten. Bei gleicher Fluenz erreichen die 269 nm LEDs eine höhere Inaktivierung als die 282 nm LEDs. Die geringere Inaktivierungswirkung der 282 nm LEDs wurde durch eine höhere Emissionsleitung kompensiert. Erste Durchflussversuche zeigen einen linearen Zusammenhang zwischen der Inaktivierung und der Fluenz, dies weist auf einen gut ausgelegten Durchflussreaktor hin. Mit höherer Emissionsleistung und geringeren Kosten der GaN-basierten UV-LEDs, stellen diese eine vielversprechende Alternative in der dezentralen und mobilen Wasserdesinfektion dar.

11 Wasserchemie und Analytik Mikrobielle Verockerung in technischen Systemen Teilprojekt 1b: Wasserreinhaltung Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung Laufzeit: Projektleitung: Prof. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Sebastian Aust Kooperation: TU Berlin, FG UMB, FG FSD; Univ. Jena; Univ. Duisburg-Essen; HTW Dresden; KWB; BWB; Vattenfall; RWE; KSB AG; Arcadis; Aucoteam GmbH; Hammann GmbH; Inst. f. wiss. Fotografie In der biologischen und chemischen Oxidation des gelösten Eisens sind einerseits die natürlichen organischen Stoffe (Huminstoffe, NOM) von wesentlichem Einfluss auf die Kinetik der Oxidationsprozesse, wobei die NOM teiloxidiert werden. Hierbei können abbaubare DOC-Anteile (AOC) gebildet werden, die wiederum aerob in Enteisenungsfiltern verwertet werden. Andererseits gibt es Hinweise, dass über die oxidativen Spezies während der chemischen Enteisenung (OH-Radikale und Wasserstoffperoxid) auch bestimmte organische Spurenstoffe anthropogener Herkunft oxidativ umgesetzt werden. Diese gekoppelten Oxidationsvorgänge sind bisher nur wenig verstanden und dürften eng mit der Rolle der Huminstoffe im Sinne konkurrierender Oxidation verbunden sein. Projektziel und Vorgehensweise Die Untersuchungen hierzu werden sich vorwiegend mit der chemischen Oxidations- bzw. Verockerungskinetik ohne und mit NOM verschiedener Herkunft befassen, wozu sowohl Batch-Reaktoren mit in-situ Fe 2+ -Messung wie auch Differentialfilter im Labor vorgesehen sind. Da die Autokatalyse als wichtiger Effekt der Verockerung bzw. Enteisenung bekannt ist, wird hierzu ein neuer Standardtest zu entwickeln sein, in dem bereits die katalytisch wirksamen Oberflächen mit frisch gebildetem oder gealtertem Eisenhydroxid vorgesehen sind. Die chemische Veränderung der NOM wird mit der vorhandenen LC-OCD-OND- Methode verfolgt, aber auch mit Hilfe der neu angeschafften LC-MS-MS-Analytik für die niedermolekularen organischen Säuren. Gebildete abbaubare Stoffe (AOC) sind über die gekoppelten Sauerstoff- und DOC-Bilanzen in den Differentialfiltern nach Etablierung eines biologischen Abbaus zu erfassen. Es ist zu erwarten, dass insbesondere die anthropogenen Spurenstoffe mit Säurefunktionen an den frischen Eisenhydroxidoberflächen adsorbiert und dort von den kurzlebigen Oxidantien transformiert werden. Hierzu sollen Beispielvertreter aus den bisher bekannten typischen Wasserbelastungen ausgewählt und in den o.g. Batch- Reaktoren und Differentialfiltern untersucht werden. Die Rolle gleichzeitig vorhandener und damit auch konkurrierender NOM soll ebenfalls untersucht werden, um reale Verhältnisse in Grundwässern abzubilden und zu beschreiben. Die Untersuchungen sollen in zuverlässigen kinetischen Gleichungen für die Verockerung und Enteisenung münden, die Vorhersagen für andere Fälle zulassen wie z. B. die technischen Reaktoren oder für die im Projektverbund betriebenen Brunnen.

12 Wasserchemie und Analytik Algenbürtige organische Bromverbindungen: Charakterisierung, Nachweis, Identifizierung und Bedeutung für das Trinkwasser Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Laufzeit: 2/2010-1/2013 Projektleitung: Dr. A. Putschew, Prof. M. Jekel; TU Berlin Bearbeitung: Dipl.-LM-Chemikerin Cindy Kochan Kooperation: Prof. Ch. E.W. Steinberg; HU Berlin In Berliner Oberflächengewässern wurden über mehrere Jahre saisonal erhöhte Konzentrationen an organischen Bromverbindungen über den Gruppenparameter AOBr (adsorbierbare, organische Bromverbindungen) nachgewiesen. Die AOBr- Maxima treten im Spätsommer auf, wenn phototrophe Organismen bromorganische Verbindungen bilden und freisetzen. Bisher wurde die Bildung von halogenierten Verbindungen nur in marinen Bereichen eingehend untersucht. Die Datenlage zum natürlich gebildeten AOBr im Oberflächengewässer, der potenziell über Uferfiltration in das Grund- und Trinkwasser gelangen kann, ist derzeit unzureichend. Daher stehen die Identifizierung der bromorganischen Verbindungen sowie die Untersuchung von möglichen ökologischen und ökotoxikologischen Effekten im Fokus des Projektes. AOBr [µg/l] AOBr [µg/l] Mai. 10 Mai. 10 Tegeler See Jun. 10 Jul. 10 Aug. 10 Sep. 10 Stößensee Jun. 10 Jul. 10 Aug. 10 Sep. 10 Okt. 10 Okt. 10 Nov. 10 Nov. 10 Projektziel und Vorgehensweise Im Rahmen des Projektes wird die Zusammensetzung des AOBr systematisch untersucht. Dazu werden AOBr-haltige Wässer durch Algenkulturen im Labor erzeugt. Der gebildete AOBr wird charakterisiert und die Einzelstoffe mittels chromatographischer Verfahren, gekoppelt mit Massenspektrometrie, nachgewiesen bzw. identifiziert. Die erhaltenen Ergebnisse werden mit denen von Berliner Oberflächengewässern zu Zeiten des AOBr- Maximums verglichen. Des Weiteren wird die biologische Abbaubarkeit des AOBr und dessen ökotoxikologische Relevanz, resultierend aus Leuchtbakterientests und molekularbiologischen Untersuchungen, bestimmt. Zudem wird das Verhalten des AOBr bei der Trinkwasseraufbereitung durch ausgewählte technische Prozesse untersucht. Anhand von Bodensäulen mit variierenden Redoxbedingungen soll die Eliminierung des AOBr im Untergrund simuliert und ggf. quantifiziert werden. Bisherige Untersuchungen deuten an, dass unter anoxischen / anaeroben Bedingungen eine vollständige Entfernung des AOBr möglich ist.

13 Wasserchemie und Analytik Verhalten von Biopolymeren während der Uferfiltration Finanzierung: Laufzeit: Projektleitung: Prof. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Susanne Hennig Kooperation: In Berlin sowie an vielen anderen urbanen Standorten wird für die Trinkwassergewinnung Uferfiltrat eingesetzt. Im Gegensatz zu Grundwasser handelt es sich bei Uferfiltrat um Oberflächenwasser welches nach einer Untergrundpassage aus ufernahen Brunnen gefördert wird. Neben klassischen Filtereigenschaften weißt das Ufer als Filter auch eine hohe Dichte an verschiedenen Mikroorganismen auf. Aus Feldstudien geht hervor, dass die Reduktion bis hin zur vollständigen Entfernung von gelösten organischen Kohlenstoffen und zahlreichen Spurenstoffen auf mikrobielle Aktivität zurückzuführen ist. Die Abbau- bzw. Transformationsleistung wird dabei von zahlreichen Parametern wie Redoxbedingung, Temperatur oder zur Verfügung stehenden Substraten beeinflusst. Ein Substrat stellen dabei die Biopolymere dar, welche sich als eine Fraktion des gelösten organischen Kohlenstoffs überwiegend aus Proteinen und Polysacchariden zusammen setzten. Vorangegangene Arbeiten weisen auf einen Zusammenhang zwischen dem Abbau von Biopolymeren und einigen Spurenstoffen hin. Ähnlich der Biopolymere wird zum Beispiel das Röntgenkontrastmittel Iopromid als Vertreter der Spurenstoffe unmittelbar nach der Infiltration unabhängig von der Temperatur fast vollständig abgebaut bzw. transformiert. Detaillierte Kenntnisse über die im Ufer stattfindenden biologischen Prozesse liegen aber bisher nicht vor. Projektziel und Vorgehensweise In Langzeitversuchen wird der Abbau von Biopolymeren genauer untersucht. Über mehrere Jahre kontinuierlich mit Oberflächenwasser durchströmte Sandsäulen dienen dabei als Modellsystem. Zunächst werden Hinweise für den Betrieb von Sandsäulen in Bezug auf das verwendete Füllmaterial und die damit verbundenen Einlaufzeiten aus den Langzeitversuchen ermittelt. Durch Variation der Temperatur, der Redoxbedingungen und des Füllmaterials kann deren Einfluss auf den Biopolymerabbau bestimmt werden. Um darüber hinaus Klarheit über einen möglichen Cometabolismus zwischen Iopromid und den Biopolymeren zu gewinnen wird der Spurenstoff mittels Massenspektrometrie detektiert. Neben den Abbauraten sollen auch neue Aufschlüsse über die Kinetik der zugrunde liegenden Bioreaktionen gewonnen werden. Zu diesem Zweck sind Kleinfilterkreislaufversuche mit verschiedenen Medien geplant. Diese werden so ausgelegt, dass die ersten 10 cm der Bodenpassage, also die Infiltrationszone simuliert werden kann. Um eine genaue Zuordnung zwischen Spurenstoff- und Biopolymerabbau zu gewährleisten ist weiterhin der Einsatz von künstlichen oder aufkonzentrierten Biopolymerlösungen angedacht.

14 Wasserchemie und Analytik Verhalten von Antiepileptika während der Untergrundpassage unter reduzierten Milieubedingungen Finanzierung: Laufzeit: Projektleitung: Prof. Martin Jekel Bearbeitung: Dipl.-Ing. Anne König Kooperation: Das Auftreten von Arzneimitteln in der aquatischen Umwelt ist nicht zuletzt durch verbesserte Analysemethoden in das Interesse der Öffentlichkeit gerückt und wird derzeit detailliert wissenschaftlich untersucht und diskutiert. Die Wirkstoffe und ihre Abbauprodukte gelangen vorwiegend über gereinigtes Abwasser in die Gewässer und werden über eine Bodenpassage bis ins Grundwasser transportiert. Dabei sind schwer abbaubare Stoffe, die häufig eine hohe Polarität aufweisen, noch im Trinkwasser nachweisbar. Die im Untergrund ablaufenden Transport- und Transformationsprozesse werden neben der Verweilzeit, der Temperatur und dem ph-wert entscheidend vom vorherrschenden Redoxmilieu beeinflusst. Verschiedene Untersuchungen weisen darauf hin, dass unter reduzierten Bedingungen (Fe-/Mn-Rücklösung) sogar polare Stoffe umgewandelt bzw. mineralisiert werden, die unter aeroben Bedingungen als persistent gelten und daher beispielsweise kommunale Kläranlagen problemlos passieren. Wie genau dieser Einfluss erfolgt und inwiefern biotische und abiotische Umwandlungsprozesse relevant sind, ist derzeit noch nicht bekannt und bedarf weiterer intensiver Forschung. Projektziel und Vorgehensweise Am Beispiel der Antiepileptika Carbamazepin und Primidon, welche zu den persistenten polaren Arzneimitteln zählen, soll untersucht werden inwiefern definierte reduzierte Bedingungen den Abbau, den Transport und die Umsetzung dieser Stoffe im Boden beeinflussen. Im Mittelpunkt der Untersuchung stehen die biotischen als auch abiotischen Umwandlungsprozesse, sowie die Bildung von möglicherweise noch unbekannten Metaboliten. In Laborstudien soll das Verhalten der Wirkstoffe während der Untergrundpassage und im Aquifer verfolgt und entsprechende analytische Nachweismethoden entwickelt werden. Der Betrieb von Bodensäulen unter verschiedenen Redoxbedingungen soll die natürlichen Bedingungen während einer Bodenpassage simulieren und Aussagen über biotische Prozesse und sorptive Effekte ermöglichen. Weiterhin werden Batchversuche durchgeführt, um die chemische Umsetzung der Antiepileptika nach zu vollziehen und Transformationsprodukte zu identifizieren. Darüber hinaus soll der Einfluss abiotischer Effekte abgeschätzt werden. Darauf aufbauend sollen geeignete Feldproben von Berliner Uferfiltrationsanlagen mit den Ergebnissen aus den Laborversuchen verglichen werden. Die Wasserproben werden dabei auf die identifizierten Metabolite hin untersucht, um die Mechanismen auch in der Praxis nach zuweisen und eventuell Optimierungsansätze zu entwickeln.

15 Wasserchemie und Analytik -Membranbiofouling- Charakterisierung von Fouling verursachenden biogenen Substanzen Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Berliner Wasserbetriebe (BWB) Laufzeit: Projektleitung:, Dr. Anke Putschew Bearbeitung: Dipl.-Ing. Manuel Godehardt Kooperation: Fachgebiet Umweltmikrobiologie (UMB), Berliner Wasserbetriebe (BWB) Die Effizienz von Niederdruckmembranen (Mikro- und Ultrafiltration) wird maßgeblich durch das Fouling der Membranen beeinflusst. Der Begriff Fouling beruht auf recht unterschiedlichen Vorgängen (Kolloidfouling, Biofouling, Scaling, organisches Fouling). Bisher vorgenommene Untersuchungen weisen darauf hin, dass für das organische Fouling bei Niederdruckmembranen vor allem hochmolekulare Anteile der gelösten Organik verantwortlich sind (vorwiegend Polysaccharide und Proteine, oft auch als gelöste extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) bezeichnet), die in allen Oberflächenwässern, Abwässern und gereinigten Abwässern als natürliche Produkte vorkommen. Bislang ist nicht eindeutig geklärt, welche Stoffklasse innerhalb der hochmolekularen organischen Substanzen von entscheidender Bedeutung hinsichtlich des Foulings ist. Projektziel und Vorgehensweise Im Rahmen des Projektes sollen biogene Ablagerungen auf Membranen mit Hilfe neuer Analysemethoden näher charakterisiert werden, um aufbauend auf diesen Daten die Ablagerungen verhindern oder sie gezielt ablösen zu können. Ein hochmodernes Massenspektrometer (MALDI-TOF) am bietet die Möglichkeit insbesondere hochmolekulare organische Substanzen zu charakterisieren. Heutzutage werden MALDI-TOF-Geräte jedoch vorrangig im medizinisch, pharmazeutischen Bereich sowie in der Polymeranalytik verwendet. Um die MALDI-TOF-Technologie auf dem Gebiet der Analyse von Fouling verursachenden Substanzen einzusetzen, sind neue analytische Messmethoden erforderlich. Insbesondere ist für eine derartige Analyse eine hohe Einzelstoffkonzentration sowie die Aufreinigung der Foulants nötig. Hierfür müssen zunächst geeignete Verfahren entwickelt und etabliert werden. Mit etablierten Messmethoden soll anschließend der Charakter von Fouling verursachenden biogenen Substanzen näher beschrieben werden. Zu diesem Zweck sind Vergleiche von EPS aus Reinkulturen und Reinsubstanzen mit realen Foulants geplant. Durch parallele Untersuchungen des gleichen Probenmaterials, z.b. von Membranen der Berliner Wasserbetriebe, können sehr umfassende Informationen zum Charakter von biogenen Fouling verursachenden Substanzen gewonnen werden.

16 Wasserchemie und Analytik Transformation von Sulfamethoxazol in der Bodenpassage Finanzierung: Laufzeit: Projektleitung: Bearbeitung: Dipl.-Ing. Benno Baumgarten Kooperation: Das Auftreten von Antibiotika in Oberflächen- und Grundwässern, sowie vereinzelt in Trinkwasser erregt zunehmend öffentliches und damit einhergehend politisches und wissenschaftliches Interesse. Problematisch ist das Vorhandensein dieser Stoffe aufgrund ihrer biologischen Aktivität und aufgrund der Gefahr, dass sich resistente Erreger bilden. Zur Entfernung der Spurenstoffe bei der Trinkwasseraufbereitung wird in der Regel eine Bodenpassage genutzt. Neben zahlreichen anderen Stoffen, die mechanisch, physikalisch oder chemisch entfernt werden, werden auch Antibiotika sowie andere Spurenstoffe abgebaut. Dieser Vorgang wird auf mikrobielle Aktivität zurückgeführt. Sulfamethoxazol (SMX) ist eines der am weitesten verbreiteten Antibiotika, das eine hohe Persistenz aufweist. Der mikrobielle Abbau ist im Einzelnen noch nicht geklärt. Im Rahmen des Projekts wurden bestehende Versuchsanlagen zur Untersuchung des mikrobiellen Abbaus in der Bodenpassage optimiert. Es soll geklärt werden, unter welchen Umständen SMX bevorzugt abgebaut wird, welche Parameter den Abbau beeinflussen und welche Metaboliten entstehen. Projektziel und Vorgehensweise Nach dem Einfahren der temperierten Bodensäulen (zur Simulation eines eindimensionalen Aquifers) mit Tegeler See-Wasser wird in Laborversuchen der mikrobielle Abbau des Sulfamethoxazol untersucht. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Bedingungen in den einzelnen Bodensäulen eingestellt. Dazu gehören u.a. unterschiedliche Redoxmilieus, unterschiedliche Kohlenstoffquellen sowie unterschiedliche Ausgangskonzentrationen des Analyten. Die Analytik des Sulfamethoxazols und seiner Metaboliten erfolgt mittels LC-MS/MS. Daneben werden weitere Parameter wie Nitrat, Phosphat, DOC und Sauerstoffsättigung überwacht, um den Abbau im Einzelnen charakterisieren zu können. Ergebnisse Es konnte gezeigt werden, dass die Transformation des SMX stark von der eingesetzten Konzentration und den herrschenden Redoxbedingungen abhängig ist. So wird unter aeroben Bedingungen SMX im µg/l-bereich nahezu vollständig entfernt, während anoxisch nur eine Entfernungsrate von 60 % erreicht wird. Die Ergebnisse zeigen, dass die Transformation stark von der Adaption der Mikroorganismen abhängig ist und dass Unterschiede zwischen Feld- und Laboruntersuchungen diesem Umstand geschuldet sind. Das Vorliegen einer Schwellenwertkonzentration für die Transformation, die den Untersuchungen zufolge nicht cometabolisch verläuft, konnte nicht bestätigt werden.

17 Limnologie Uferfiltration als Verfahren der Trinkwasseraufbereitung und Störungen durch extreme Hochwässer und Trockenperioden Finanzierung: DAAD Laufzeit: bis März 2011 Projektleitung: Priv.Doz. Dr. Günter Gunkel Bearbeitung: Ing. Marcus Bruno Soares Kooperation: Prof. Thomas Grischek, HTW Dresden In Berlin wird die Uferfiltration zur Trinkwassergewinnung seit 1850 genutzt, 75 % des geförderten Grundwassers werden hier heutzutage durch induzierte Uferfiltration und künstliche Grundwasseranreicherung gewonnen. Das Sandlückensystem, das Interstitial, bildet den Lebensraum der hoch aktiven Biozönose aus Bakterien, Algen, Proto- und Metazoen (Meiofauna), die die biologische Abbauleistung, Regeneration des natürlichen Filterbettes und damit auch die Effektivität und Nachhaltigkeit der Uferfiltration gewährleisten. Die Ziele dieser Arbeit sind im Einzelnen die Erfassung von: Veränderungen der hydraulischen Durchlässigkeit und Ausdehnung sowie Ursachen der Kolmation als Folge von Störungen (z. B. Hochwasser im Flussbett oder Wellenschlag am Seeufer, minimale Abflüsse mit Sedimentation von tonigen und schluffigen Bestandteilen), der zeitlichen und räumlichen Varianz physiko-chemischer Gradienten unter dem Einfluss der Störungen durch Hochwasser, Trockenheit oder Ufererosion. Projektziel und Vorgehensweise In situ Untersuchungen zu der Infiltration an freien Sandufern und innerhalb von dichten Makrophytenbeständen zeigen die Varianz der Kolmation; die räumlichen und saisonalen Veränderungen der Struktur des Interstitials und der Biozönose werden über einen Sedimentausschnitt von 30 cm Tiefe mit hoher Tiefenauflösung erfasst. An Sedimentkernen werden unter Laborbedingungen und in situ die Wirkung von Ton- und Schuffeinträgen quantifiziert. Die Dynamik der Kolmation wird für Fließgewässer mittel Radon 222 als Tracer ermittelt, Experimente in einer Modellrinne liefern die methodischen Grundlagen für die Anwendung der Radon-Technik. Es existiert ein kurzgeschlossener Kohlenstoff-Kreislauf mit hohen Kohlenstoff- Assimilationsraten in den oberen 6 cm, bei dem der durch die Primärproduzenten produzierte DOC wieder veratmet wird, ohne dass dieser im Porenwasser angereichert wird. Der Einfluss von mechanischen Störungen soll quantifiziert werden. Der Vergleich der Infiltration im Bereich von Makrophyten bewachsener Ufer und von sandigen Ufern zeigt die Bedeutung der Vegetation für die Kolmation / Dekolmation.

18 Limnologie Uferfiltration als Wasseraufbereitungsverfahren in subtropischen und semiariden Regionen Finanzierung: DFG Laufzeit: bis Dezember 2011 Projektleitung: Priv.Doz. Dr. Günter Gunkel Kooperation: Prof. Dr.-Ing. Thomas Grischek, Technische FH Dresden, Prof. Dr. Mauricio Luiz Sens, Universidade Federal de Santa Catarina, Prof. Dr. Jaime Cabral, Universidade Federal de Pernambuco Umfassende Kenntnisse zur Uferfiltration liegen nur in Deutschland vor unter Berücksichtigung verschiedener Umweltparameter und der technischen Verfahren und Randbedingungen. Diese Ergebnisse können aber nicht unmittelbar auf Brasilien übertragen werden, da sowohl die Wassertemperaturen als auch die Algenbiozönose anders ist. Die in Deutschland an überwiegend sauberen Flüssen und Seen entwickelte Uferfiltration muss auch unter den extremen Wasserverschmutzungen Brasiliens geprüft werden. Dies führt aber auch dazu, dass die Erkenntnisse zur Funktionsweise der Uferfiltration unter subtropischen und semi-ariden Bedingungen auf Deutschland übertragen werden können, wenn hier die Wassertemperaturen durch den Klimawandel deutlich steigen. Das Projekt wird am Mandaú Stausee und dem Fluss Beberibe (Bundesstaat Pernambuco) und an dem See Perí (Bundesstaat Santa Catarine) durchgeführt. Ein wesentliches Ziel ist die Umsetzung der Uferfiltrationstechnik unter verschiedenen Bedingungen, dem semiariden Klima in Pernambuco und dem subtropischen Klima in Santa Catarina, und das Potential und die Kapazität der Wasserreinigungsprozesse abzuschätzen. Projektziel und Vorgehensweise Die Erfahrungen mit der Uferfiltration in subtropischen Ländern sind noch unzureichend; das Ziel dieser deutsch-brasilianischen Kooperation ist die Erweiterung des Wissens über die Wirkungsweise der Uferfiltration unter extremen Klimabedingungen, wie sie typischerweise in die tropischen Regionen gelten, insbesondere um Informationen über die Funktionsweise, die Filterkapaziät und die Langzeitstabilität zu erhalten. Bislang liegen keine Daten vor zum Umsatz und Verhalten der Schwefelverbindungen, die veränderten Redoxbedingungen und des Effektes von extremen Änderungen des Wasserspiegels der Flüsse, d. h. der Wechsel von Infiltrations- zu Exfiltrationsbedingungen. Die Intensivierung des Umsatzes der gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen kann dazu führen, dass die Interstitialbiozönose durch auftretende anoxische Bedingungen geschädigt wird. Die Anwendung der Uferfiltrationstechnik an See Péri ist eine hervorragenden Gelegenheit, das Auftreten von Cylindrospernopsis und Cylindospermopsin zu studieren. Diese Alge ist dominierende Art im Lagoa Perí von hohen wissenschaftlichem Interesse aufgrund der Migration von tropischen Länder in die Staaten der EU.

19 Limnologie Entwicklung einer angepassten Umwelttechnologie für die semiaride Region des Nordostens Brasiliens Finanzierung: DAAD (UNIBRAL) Laufzeit: bis Dezember 2014 Projektleitung: Priv.Doz. Dr. Günter Gunkel Kooperation: Prof. Martin Kaupenjohann, Prof. Sven Geißen, TU Berlin Prof. Maria Sobral, Universidade Federal de Pernambuco Pernambuco und der Nordosten von Brasilien repräsentiert eine aride tropische Zone, in der zahlreiche sehr aktuelle Probleme auftreten, u. a. die Probleme der Wasserversorgung der Bevölkerung hinsichtlich der Wassermenge und Wasserqualität, der Anbau von Zuckerrohr als Biokraftstoff, fehlende fossile Brennstoffe und die Nutzung der Wasserkraft durch große Stausee. Der Nordosten Brasilien weist sehr große Bereiche extensiv genutzter Flächen auf, denen im Zuge der Diskussion um Bioalkohol und Biodiesel eine großes Entwicklungspotential bescheinigt wird. Die hiermit verknüpften Probleme - u.a. Wasserüberleitung vom Sao Francisco, Bewässerungslandwirtschaft, Energiepflanzenanbau und Nutzung der Restbiomasse, Bodenversalzung - verlangt nach einem transdisziplinären Ansatz verbunden mit einer hohen Vernetzung der verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, eine Strategie, die erfolgreich Grundlage des Studium des Technischen Umweltschutzes an der Technischen Universität Berlin ist. Dieser Studiengang soll als Modell für die Implementierung eines entsprechenden Studienganges an der UFPE in Recife dienen. Die Region von Pernambuco in Nordosten von Brasilien stellt innerhalb von Brasilien die Region mit der geringsten Entwicklung dar, es besteht dort ein extreme Süd-Nord-Gefälle und es ist allgemein anerkanntes Ziel, diese bestehenden Defizite auszugleichen. Hierbei stellt Pernambuco innerhalb des Nordostens ein wirtschaftliches und bildungspolitisches Zentrum dar und dient als Nukleus innerhalb der Region. Die Universidade Federal de Pernambuco ist zusammen mit der Universidade Federal Rural de Pernambuco eine der sehr guten Universitäten in Pernambuco. Projektziel und Vorgehensweise Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer angepassten Umwelttechnologie in Lehre und Forschung für die semiaride Region des Nordostens Brasilien durch Aufbau eines Studienganges "Umwelttechnologie". Beispielhaft für diese Region soll ein Konzept der nachhaltigen Entwicklung entwickelt werden, das sowohl bestehende Defizite beseitigt, zugleich aber eine nachhaltige Nutzung ermöglicht. Der Universidade Federal de Pernambuco kommt hierbei eine besondere Aufgabe zu, da sie die heute vorhandenen Defizite im regionalen Kontext zu bearbeiten hat und Lösungen entwickeln muss. Durch die Kooperation mit der Technischen Universität soll die Voraussetzungen für die Entwicklung eines analogen Studienganges Technischer Umweltschutz an der UFPE geschaffen werden, es ist geplant, diesen Studiengang nach dem Muster des an der TU Berlin entwickelten Studienganges aufzubauen.

20 Limnologie Auswirkungen der Klimaerwärmung auf die Reinigungsleistung der Uferfiltration Finanzierung: Laufzeit: bis Oktober 2013 Projektleitung:, Priv. Doz. Dr. Günter Gunkel Bearbeitung: Dipl.- Biol. Alexandra Groß-Wittke Die Gewinnung von Trinkwasser über Uferfiltration ist in Berlin das zentrale Verfahren zur Trinkwassergewinnung. Durch Temperaturanstieg infolge des Klimawandels unterliegt das Verfahren Uferfiltration Veränderungen, die Auswirkungen auf die Qualität und Quantität des Trinkwassers haben werden. Die mittleren Wassertemperaturen im Berliner Stadtgebiet sind in den letzen Jahrzehnten bereits erheblich gestiegen, beispielsweise im Tegeler See um 2,4 C (Monatsmittelwerte des Epilimnions) von 1980 bis Die Stabilität der Uferfiltration soll unter dem Einfluss erhöhter Wassertemperaturen als Folge der Klimaänderung erfasst werden, insbesondere soll das Risiko der Sulfidbildung mit toxischer Wirkung auf die Interstitialbiozönose beschreiben werden. Die Ergebnisse liefern auch die Basis für die Implementierung der Uferfiltration in semi-ariden Regionen. Vorgehensweise Zur Beurteilung der Einflüsse der Wassertemperatur auf Prozesse während der Uferfiltration werden sowohl Freilandversuche als auch Säulenversuche unter Laborbedingungen durchgeführt. Durchgehend für einen Zeitraum von mindestens einem Jahr (Erfassung saisonaler Unterschiede) werden ausgewählte Parameter wie Wassertemperatur, Lichtverhältnisse (PAR), Sauerstoffgehalt, Chlorophyll (a) -Gehalt und DOC im Wasser und Sediment des Uferbereich aufgenommen und bestimmt. Mit den Ergebnissen sollen unter anderem Aussagen über Sauerstoffregime bei unterschiedlichen Temperatur und Lichtverhältnissen (und Tagesgang) gemacht werden und eine Sauerstoff-Bilanz erstellt werden. Im Labor werden Säulenversuche mit ungestörten Ufersedimenten unter definierten Licht- und Temperaturbedingungen durchgeführt, bei denen unter Anderem auch anoxische Verhältnisse, Trockenfall und Temperatursprünge simuliert werden. Es zeigt sich, dass die im Berliner Raum auftretenden Wassertemperaturen das Redoxsystem bei der Infiltration beeinflussen, und es tritt eine deutliche Temperaturabhängigkeit der anorganischen Stickstoffkonzentrationen durch Denitrifizierung auf, zudem findet bereits eine Mangan- und Eisenreduktion statt. Die Sulfatreduktion ist heute noch ohne Bedeutung, wird aber mit zunehmenden Temperaturen stattfinden. Referenz: Groß-Wittke, A., Hoffmann, A. & Gunkel, G., Influence of temperature on redox conditions and physicochemical parameters in pore water during bank filtration in the sandy littoral zone of Lake Tegel. Journal of Water and Climate 01.1,

21 Publikationen seit 2009 Baumgarten, B., Jekel, M. Besonderheiten der Transformation von Sulfamethoxazol bei der Uferfiltration. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, Mai 2009, Stralsund, Deutschland, Seite ISBN Hallé, C., P. Huck, S. Peldszus, J. Haberkamp, and M. Jekel, Assessing the Performance of Biological Filtration as Pretreatment to Low Pressure membranes for Drinking Water. Water. Environmental Science and Technology, (10): p Horng, R.Y., C.-P. Huang, M.-C. Chang, H. Shao, M. Ernst, and M. Jekel, Enhancement of membrane filtration ability by pretreatment of secondary effluent using a new photocatalytic oxidation system. Desalination and Water Treatment, : p Hein A., Lavi, A., Godehardt, M., Reemtsma, T., Ernst, M., Jekel, M. Das Entfernungsverhalten von Makrolid- und Sulfonamidantibiotika bei der Wiederverwendung von Kommunalabwasser zur Grundwasseranreicherung. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, Mai 2009, Stralsund, Deutschland, Seite ISBN Iversen, V., R. Mehrez, R.Y. Horng, C.H. Chen, F. Meng, A. Drews, B. Lesjean, M. Ernst, M. Jekel, and M. Kraume, Fouling mitigation through flocculants and adsorbents addition in membrane bioreactors: Comparing lab and pilot studies. Journal of Membrane Science, Makdissy, G., P. Huck, M. Reid, G. Leppard, J. Haberkamp, M. Jekel, and S. Peldszus, Investigating the Fouling Layer of Polyamide Nanofiltration Membranes Treating Two Differenz Natural Waters: Internal Heterogeneity Yet Converging Surface Properties (Short Title: Fouling Layer Characterization of Nanofiltration Membranes. Journal of Water Supply: Research and Technology - AQUA, 2009 (JWSRTAQUA-D ). Reemstma, T., Determination of molecular formulas of natural organic matter molecules by (ultra-)high resolution mass spectrometry - Status and needs. Journal of Chromatography, 2009 (A 1216): p Reemstma, T., U. Miehe, U. Dünnbier, and M. Jekel, Polar pollutants in municipal wastewater and the water cycle: Occurrence and removal of benzotriazoles. Water Research, 2009, doi: Ruhl, A.S., Titze, D., Steiof, M., Jekel, M. Quantifizierung von Gasbildung und Gasakkumulation in permeablen reaktiven Barrieren. In: Kurzreferate Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft in der GDCh, Mai 2009, Stralsund, Deutschland, Seite ISBN Schoenerklee, M., M. Peev, H. De Wever, T. Reemstma, and S. Weiss, Modelling the degradation of micropollutants in wastewater: parameter estimation and application to pilot (lab-scale) MBR data in the case of 2,6-NDSA and BTSA. Water Science and Technology, (1): p