@misc{PreussVornholtKuhnetal., author = {Preuß, Volker and Vornholt, Carsten and Kuhn, Ramona and Martienssen, Marion}, title = {Untersuchung zur Membrang{\"a}ngikeit von Antiscalants}, series = {Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung : 13. Aachener Tagung Wassertechnologie : Begleitbuch : 29.-30. Oktober 2019}, journal = {Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung : 13. Aachener Tagung Wassertechnologie : Begleitbuch : 29.-30. Oktober 2019}, editor = {Pinnekamp, Johannes and Wessling, Matthias}, publisher = {Aachener Verfahrenstechnik, RWTH Aachen ; Institut f{\"u}r Siedlungswasserwirtschaft, RWTH Aachen}, address = {Aachen}, isbn = {978-3-95886-305-7}, pages = {117 -- 123}, language = {de} } @misc{PreussVornholtKuhnetal., author = {Preuß, Volker and Vornholt, Carsten and Kuhn, Ramona and Martienssen, Marion}, title = {Untersuchung zur Membrang{\"a}ngigkeit von Antiscalants}, series = {13. Aachener Tagung Wassertechnologie : Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung}, volume = {2019}, journal = {13. Aachener Tagung Wassertechnologie : Verfahren der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung}, editor = {Wessling, Matthias and Pinnekamp, Johannes}, edition = {1. Auflage}, publisher = {Verlagshaus Mainz GmbH Aachen}, address = {Aachen}, isbn = {978-3-95886-305-7}, doi = {10/35549368458}, pages = {117 -- 123}, abstract = {Aminophosphonate sind synthetisch hergestellte Komplexbildner, die kovalente C-P Bindungen aufweisen. Durch zus{\"a}tzlich eingef{\"u}gte Aminogruppen (NH2) komplexieren Amino-phosphonate besonders gut Metallionen, weshalb sie in einem sehr breiten Anwendungsspektum zum Einsatz kommen. So werden Phosphonate vielseitig als Haushalts- und Industriereiniger, aber auch als Komponenten von Kosmetika und in der Medizin verwendet. Des weiteren werden sie zur K{\"u}hlwasserkonditionierung, Stabilisierung von Peroxiden oder Bleichb{\"a}dern und als Korrosionsinhibiter eingesetzt. Entsprechend der vielseitigen Anwendungsgebiete lag bereits in den fr{\"u}her 90igern des vergangenen Jahrhunderts die Gesamtproduktion an Phosphonaten in Europa bei {\"u}ber 11.000 Tonnen pro Jahr (Jaworska et al., 2002). Weltweit zeigen die Nutzung und der damit verbundene Bedarf an Phosphonaten einen immer weiter steigenden Trend. Dem entgegen steht der noch immer wenig untersuchte Verbleib und das chemische Verhalten von Phosphonaten in der Umwelt. Die gegenw{\"a}rtig technisch eingesetzten Phosphonate {\"a}hneln in ihrer Struktur den bekannteren Aminocarboxylaten wie dem EDTA und NTA. Chemisch synthetisierte Phosphonate sind nur schwer biologisch abbaubar, weshalb zu einer kontinuierlichen Anreicherung in der aquatischen Umwelt kommen kann (Jaworska et al., 2002). Dies liegt unter anderem auch daran, dass Phosphonate als Phosphatersatz in großen Mengen in Waschmitteln enthalten sind und {\"u}ber das Abwasser in die Kl{\"a}ranlagen gelangen, wo sie nicht weiter biologisch abgebaut werden. Sie werden haupts{\"a}chlich durch Absorption an die Oberfl{\"a}che vom Belebtschlamm aus den Abwasser entfernt. Nowack (2004) beschrieb die Toxizit{\"a}t von Phosphonaten in Kl{\"a}ranlagen als gering, verwies aber gleichzeitig darauf, dass aufgrund ihrer hohen Stabilit{\"a}t Phosphonate hemmend auf Proteasen und Syntheasen (Enzyme) von Mikroorganismen wirken. Der photochemische und biologische Abbau von dem Phosphonat EDTMP wurde eingehend untersucht, um dessen Umweltverhalten besser absch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen. Ziel der Untersuchungen war es den Abbauprozess zu entschl{\"u}sseln als Grundlage f{\"u}r die langfristige Entwicklung umweltvertr{\"a}glicher Aminophosphonatstrukturen. Der photochemische Abbau von EDTMP und die Bildung von Metaboliten konnte mittels LC-MS und 31P-NMR bereits aufgekl{\"a}rt werden. So zeigt sich das EDTMP bereits nach wenigen Minuten im UV-Licht zerf{\"a}llt und nicht mehr nachgewiesen werden kann. Als Hauptprodukt konnte das Phosphonat IDMP identifiziert werden. Als weitere Abbauprodukte konnten die Phosphonate EABMP und AMPA identifiziert werden. In allen Versuchen konnte nach 300 min UV-Behandlung mindestens 75\% des Endprodukts CO2 nachgewiesen werden. Weitere drei maßgebliche Abbauprodukte wurden mit Hilfe der LC-MS gefunden. Deren chemische Struktur konnte bisher jedoch noch nicht eindeutig beschrieben werden. Im Anschluss an die UV-Experimente wurde ein Versuch mit Sonnenlicht simuliert. Insgesamt verlief der EDTMP-Abbau im Sonnenlicht wesentlich langsamer. Auch hier konnten wieder dieselben Abbauprodukte IDMP, EABMP und AMPA identifiziert werden. Zus{\"a}tzlich traten auch die drei noch nicht eindeutig identifizierten Metaboliten von EDTMP auf. Aus den gewonnen Daten kann somit geschlussfolgert werden, dass EDTMP unter Einwirkung von UV-Licht abbaubar ist. Die Annahme, dass EDTMP und dessen Abbauprodukte langfristig zur Sch{\"a}digung des aquatischen {\"O}kosystems f{\"u}hrt, kann somit nicht best{\"a}tigt werden. In weiteren Untersuchungen wurde der biologische Abbau von EDTMP und seiner photochemischen Abbauprodukten eingehend studiert. F{\"u}r die Abbauversuche wurden die beiden St{\"a}mme Pseudomonas aeruginosa und Ochrobactrum sp. aus Boden isoliert. Es konnte gezeigt werden, dass sie 1mM EDTMP innerhalb von 35 Tagen zu mindestens 94\% abbauen. Zus{\"a}tzlich zum biologischen Abbau von EDTMP wurden auch die Verdopplungszeitung der beiden St{\"a}mme f{\"u}r EDTMP, IDMP, EABMP und AMAP ermittelt. Es zeigte sich, dass der Stamm P. aeruginosa f{\"u}r alle vier Phosphonate ein besseres wachstum zeigte als Ochrobactrum sp. Der Stamm P. aeruginosa erreichte f{\"u}r die Verstoffwechselung von EDTMP eine Verdopplungszeit von 10,1 Tagen, f{\"u}r IDMP 7,4 Tage, f{\"u}r EABMP 7,4 Tage und f{\"u}r AMPA 13,7 Tage. Der Stamm Ochrobactrum sp. erreichte f{\"u}r das Substrat EDTMP eine Verdopplungszeit von 11,8 Tagen, f{\"u}r IDMP 18,9 Tage, f{\"u}r EABMP 7,7 Tage und f{\"u}r AMPA 22,0 Tage. Offensichtlich war f{\"u}r beide St{\"a}mme der Abbau von AMPA der limitierende, aber nicht hemmende Schritt im biologischen Abbau. Somit kann geschlussfolgert werden, dass die Abbauprodukte der Photolyse auch biologisch abgebaut werden k{\"o}nnen. In weiteren Untersuchungen soll der biologische Abbau auf enzymatischer Ebene entschl{\"u}sselt werden. Die Identifizierung der Sch{\"u}sselenzyme spielt hierbei eine wesentliche Rolle, um neuartige Phosphonatstrukturen herzuleiten, die auf der einen Seite ihre Funktionalit{\"a}t und Eigenschaften behalten, aber auf der anderen Seite eine erheblich verbesserte Bioverf{\"u}gbarkeit aufweisen, so dass eine dauerhafte Akkumulation in der Umwelt und Folgebeeintr{\"a}chtigungen minimiert ggf. ausgeschlossen werden k{\"o}nnen.}, language = {de} } @misc{KuhnVornholtPreussetal., author = {Kuhn, Ramona and Vornholt, Carsten and Preuß, Volker and Bryant, Isaac Mbir and Martienssen, Marion}, title = {Aminophosphonates in Nanofiltration and Reverse Osmosis Permeates}, series = {Membranes}, volume = {11}, journal = {Membranes}, number = {6}, issn = {2077-0375}, doi = {10.3390/membranes11060446}, pages = {1 -- 16}, abstract = {Aminophosphonates such as aminotris(methylenephosphonic acid) (ATMP) are common constituents of antiscalants. In nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) processes, ATMP prevents inorganic scaling leading to more stable membrane performance. So far, little attention has been paid to the possible permeation of aminophosphonates through NF and RO membranes. We have investigated the permeability of these membrane types for ATMP and its potential metabolites iminodi(methylenephosphonic acid) (IDMP) and amino(methylenephosphonic acid) (AMPA) with two different NF membranes (TS40 and TS80) and one RO membrane (ACM2) and three different water compositions (ultra-pure water, synthetic tap water and local tap water). We found traces of phosphonates in all investigated permeates. The highest phosphonate rejection occurred with local tap water for all three membranes investigated. Filtration experiments with a technical antiscalant formulation containing ATMP indicated similar trends of phosphonate permeability through all three membranes. We assume that the separation mechanisms of the membranes are the results of a very complex relationship between physico-chemical properties such as Donnan exclusion, feed pH, feed ionic strength and feed concentration, as well as solute-solute interactions.}, language = {en} }