4 Material und Umwelt
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Despite the recognized excellence of virology and bioinformatics, these two communities have interacted surprisingly sporadically, aside from some pioneering work on HIV-1 and influenza. Bringing together the Expertise of bioinformaticians and virologists is crucial, since very specific but fundamental computational approaches are required for virus research, particularly in an era of big data. Collaboration between virologists and bioinformaticians is necessary to improve existing analytical tools, cloud-based systems, computational resources, data sharing approaches, new diagnostic tools, and bioinformatic training. Here, we highlight current progress and discuss potential avenues for future developments in this promising era of virus bioinformatics. We end by presenting an overview of current technologies, and by outlining some of the Major challenges and Advantages that bioinformatics will bring to the field of virology.
Advanced codicological studies of Cod. germ. 6 (Hamburg, Staats- und Universitätsbibliothek): Part 2
(2018)
The work presented here follows the article Combining Codicology and X-Ray Spectrometry to Unveil the History of Production of Codex germanicus 6 (Staats- und Universitätsbibliothek Hamburg), published in 2014.1 It confirms the main result of the previous article: the Artusnotiz, the fourth text in the bound manuscript, must have been introduced as the last one. This paper offers further details of the codex production, based on the composition of the black and red inks collected in four measurement campaigns. Furthermore, using imaging μ-XRF, we succeeded in understanding the strong variation of the composition of the red inks in the initials of all the texts except for Parzival and Jeanne d’Arc.
Advantages of recycling gypsum plaster boards
During the last decades the material composition of buildings has become increasingly diverse. However, largely sorted material flows are needed for generating high quality secondary building materials. The use of secondary building materials can meet the requirements of sustainability in several ways: the extended time availability of primary raw materials and, thereby, the preservation of natural resources as well as the conservation of landfill sites.
Recycling of gypsum (calcium sulfate) can be a good example for the environmental benefits of closed-loop recycling. The content of sulfates in other secondary building materials, in particular in recycled concrete aggregates, should be minimized for quality reasons. In contrast, separated gypsum can also be used in gypsum production if the high quality requirements for the recycled gypsum are met. Since almost all processing steps in the recycling process are associated with environmental impacts, an environmental evaluation of the use of recycled gypsum as a substitute in gypsum production has to be carefully conducted.
This paper focusses on the techniques for generating recycled gypsum from gypsum plasterboards, the related quality requirements and a comprehensive environmental evaluation of the complete process.
During the last decades the material composition of buildings has become increasingly diverse. However, largely sorted material flows are needed for generating high quality secondary building materials. The use of secondary building materials can meet the requirements of sustainability in several ways: the extended time availability of primary raw materials and, thereby, the preservation of natural resources as well as the conservation of landfill sites.
Recycling of gypsum (calcium sulfate) can be a good example for the environmental benefits of closed-loop recycling. The content of sulfates in other secondary building materials, in particular in recycled concrete aggregates, should be minimized for quality reasons. In contrast, separated gypsum can also be used in gypsum production if the high quality requirements for the recycled gypsum are met. Since almost all processing steps in the recycling process are associated with environmental impacts, an environmental evaluation of the use of recycled gypsum as a substitute in gypsum production has to be carefully conducted.
This paper focusses on the techniques for generating recycled gypsum from gypsum plasterboards, the related quality requirements and a comprehensive environmental evaluation of the complete process.
Die Präsentation erläutert die Hintergründe der nationalen Anforderungen für die Verwendung von Kunststoffdichtungbahnen in Deponieabdichtungen. Die Beständigkeit wird diskutiert. Anforderungen an das Qualitatsmanagement während der Produktion der Produkte und der Bauphase werden aufgezeigt und die Auswirkungen auf die langzeitige Funktionserfüllung werden beschrieben.
The present study shows the potential of high-resolution imaging and nano-Fourier-transform infrared (nano-FTIR) spectroscopy for corrosion science. The protective oxidation layers of different chlorine-gas treated silicon
carbides (SiCs) were characterized with these techniques. A nitrified SiC showed the highest resistant strength against chlorine corrosion at 1000 °C compared to the other SiCs. Nano-FTIR spectroscopy with a lateral resolution below 40 nm detected differences in the crystallinity of the bulk-SiC and in the transitional region to the protective layer. Furthermore, high-resolution imaging provides deep insight in the interfacial layer between bulk-SiC and the protective oxidation layer on sub-micrometer scale.
Die BAM wurde 2009 u. a. mit der Zulassung von Bewehrungsgittern für den Deponiebau beauftragt. Der Stand von Wissenschaft und Technik bot jedoch keine ausreichende Grundlage, die tatsächlich relevanten Widerstände und die mit diesen Widerständen verbundene Wechselwirkung zwischen Gitter und Boden im Hinblick auf eine mindestens 100-jährige Funktionsdauer realistisch beurteilen zu können. Es wurde daher nur eine vorläufige Zulassungsrichtlinie für diese Produkte erarbeitet. In der Zwischenzeit hat sich ein neuer Kenntnisstand ergeben. Vor diesem Hintergrund hat die AG (Arbeitsgruppe) Geogitter des Fachbeirats der BAM am 26.09.2017 getagt. Es sollen die aktuellen Erkenntnisse und Schlussfolgerungen für die Zulassung in Kürze vorgestellt werden. Die entsprechenden Kapitel beruhen dabei auf einem Arbeitspapier von W.W. Müller und dem Autoren, das der Arbeitsgruppe zur Diskussion vorgelegt wurde.
Weiterhin soll über Entwicklungen in Zusammenhang mit Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) berichtet werden. Die Anforderungen an die Schweißzusätze für das Extrusionsschweißen wurden angepasst. Zudem soll über die aktuelle Diskussion der Schweißbarkeit unterschiedlicher HDPE Materialien informiert werden. Die maßgebliche DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 wird derzeit offenbar so ausgelegt, dass Materialien mit völlig unterschiedlichen Schmelze-Massefließrate miteinander verbunden werden können. Dies steht allerdings im grundlegenden Widerspruch zum Stand der Technik.
Die BAM wurde 2009 u. a. mit der Zulassung von Bewehrungsgittern für den Deponiebau beauftragt. Der Stand von Wissenschaft und Technik bot jedoch keine ausreichende Grundlage, die tatsächlich relevanten Widerstände und die mit diesen Widerständen verbundene Wechselwirkung zwischen Gitter und Boden im Hinblick auf eine mindestens 100-jährige Funktionsdauer realistisch beurteilen zu können. Es wurde daher nur eine vorläufige Zulassungsrichtlinie für diese Produkte erarbeitet. In der Zwischenzeit hat sich ein neuer Kenntnisstand ergeben. Vor diesem Hintergrund hat die AG (Arbeitsgruppe) Geogitter des Fachbeirats der BAM am 26.09.2017 getagt. Es sollen die aktuellen Erkenntnisse und Schlussfolgerungen für die Zulassung in Kürze vorgestellt werden. Die entsprechenden Kapitel beruhen dabei auf einem Arbeitspapier von W.W. Müller und dem Autoren, das der Arbeitsgruppe zur Diskussion vorgelegt wurde.
Weiterhin soll über Entwicklungen in Zusammenhang mit Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) berichtet werden. Die Anforderungen an die Schweißzusätze für das Extrusionsschweißen wurden angepasst. Zudem soll über die aktuelle Diskussion der Schweißbarkeit unterschiedlicher HDPE Materialien informiert werden. Die maßgebliche DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 wird derzeit offenbar so ausgelegt, dass Materialien mit völlig unterschiedlichen Schmelze-Massefließrate miteinander verbunden werden können. Dies steht allerdings im grundlegenden Widerspruch zum Stand der Technik.
Ammoniakemissionen in die Umwelt erfolgen insbesondere durch die Landwirtschaft (93,6 %), aber auch durch Verbrennungsprozesse in der die Abfallwirtschaft (2,3 %) und den Straßenverkehr (1,8 %). Dieser Stoff ist selbst in geringen Konzentrationen nicht nur eine Geruchsbelästigung, sondern auch eine Substanz mit ökologischer und klimatischer Relevanz.
Die Bestimmung von Ammoniak in relevanten Konzentrationen von kleiner 25 μg m-3 erfolgt im Allgemeinen über NH4+ als Analyten, spektralfotometrisch oder mit der Ionenchromatographie nach Überführung in die flüssige Phase. Wegen der niedrigen Konzentrationen an Ammoniak in der Außenluft wird meist eine gesammelte Probe verwendet oder die Bestimmung erfolgt nach einer aktiven, anreichernden Probenahme.
Die eigenen Arbeiten sollen dazu beitragen, die Ammoniak-Bestimmung in der Außenluft präziser, sowie schneller und kostengünstiger zu machen.
Die BAM prüfte daher kommerzielle elektrochemische und Metalloxid-basierte Sensoren, die für diesen Konzentrationsbereich aber nur bedingt geeignet sind. Deshalb wurden alternativ eigene Entwicklungen zum Nachweis von Ammoniak im Spurenbereich aufgenommen, wobei der Analyt über die Änderung der Fluoreszenz eines BODIPY-Farbstoffs bei 550 nm mittels eines portablen Fluoreszenz-Sensors direkt aus der Gasphase gemessen wird.
Zur Kalibrierung von Ammoniak-Sensoren und -Messgeräten steht ein stationäres System basierend auf der Mischung von zertifizierten Prüfgasen aus Druckflaschen mit kalibrierten Massendurchfluss-regler (MFC) zur Verfügung. Darüber hinaus erfolgt eine chemische Analyse der verwendeten Gasgemische mittels eines Massenspektrometers.
Für die Kalibrierung und Prüfung von Sensoren und Messgeräten vor Ort wurde ein mobiles Prüfsystem entwickelt. Die Generierung von Ammoniak-haltigen Gasen im Spurenbereich von 0,5 nmol/mol bis 500 nmol/mol erfolgt durch das Permeationsverfahren nach ISO 6145-10.
Für die Realisierung der Rückführbarkeit der Ammoniakbestimmung werden von den Nationalen Metrologischen Instituten sowie designierten Instituten Standards bereitgestellt und auch weiterentwickelt. Die primären metrologischen Standards beruhen auf SI-Einheiten und sind die Basis für eine Rückführbarkeit der Sensoren bzw. Analysengeräte.
It is well documented that throughout Antiquity, ancient Egyptians used mostly carbon inks as a writing material. In Late Antiquity, some metals started to be added to carbon based inks. We have records of five manuscripts from the Dead Sea Scrolls collection whose carbon inks were found to contain copper Also, lead was recently found as an additive in carbon inks on a charred fragment from Herculaneum. Furthermore, the earliest evidence of iron-gall ink was found in the Book of Proverbs (Codex Ms. Berol. orient. oct. 987) dating to the third fourth centuries ce. It has been suggested that along with carbon and iron-gall inks, there is no reason to think that purely tannin inks were not also in use in Egypt. However, so far, we just have evidence of a copper-tannin ink identified in a number of documents from Egypt in the first third centuries bce. In an attempt to fill this gap in this extremely fragmented scenario during our studies of the socio-geographic history of inks, we arrived at the conclusion that the continuous production of Coptic manuscripts from Late Antiquity to the Middle Ages offers a unique opportunity for the historical study of inks across a large geographic area.
The development of a test to evaluate the degradation of semi-volatile fuels as diesel by microorganisms is presented. This method is based on the principles described in the CEC-L-103 Standard procedure that is exclusively meant for testing the biodegradability of non-volatile lubricants. Therefore, significant modifications involve aseptic conditions for testing specific microorganisms and conducting the test in closed vessels avoiding evaporation losses, while fuel quantification using gas chromatography-flame ionization detection (GC-FID) is retained. It is suggested that the modified procedure should enable routine application for semi-volatile hydrocarbon-based fuels. GC-FID provides additionally valuable information on the alteration of fuel component patterns during biodegradation. The procedure was successfully tested using two bacteria (Pseudomonas aeruginosa and Sphingomonas sp.) and two yeasts (Moesziomyces sp. and Candida sp.) isolated from real diesel contamination cases. All tested microorganisms caused a significant degradation of diesel fuel achieving hydrocarbon degradation percentages ranging from 23% to 35%. Specific aspects on the test modification and prospects for further modification regarding targeted investigations in the field of fuel contamination by microorganisms are briefly discussed.
Techialoyan/ Central Mexico
MsAmer7 shows limited colors:
ochre (yellow, brown red, rose)
indigo (blue, green, greyblue+?)
cerussite + chalk (white)
organic ink for writing (brown)
The mayor part of the Berlin collection `Manuscripta Americana´ consists of documents compiled by Alexander von Humboldt. The diversity of the written fragments and their shape presume few accordance concerning purpose, place or time of production. Even before the papers came to Berlin, manuscripts were copied, divided and collected by famous scholars also in Mexico. Back in Europe, Humboldt visited further collections and published the detected hieroglyphic writings altogether with cultural objects and landscapes in the book `Vues des Cordillères et Monuments des Peuples Indigènes de l`Amerique, voyage de Humboldt et Bonpland´, labelled corresponding to the cultural background.
By scientific and culture historical analyses, the Humboldt codices are revised and related to each other and others. In especial, the compilation of fragments shown on plate 36 in the book is looked at more closely. Whereas most of the plates represent only one sheet of painted amate paper, here segments with details of seven fragments are put together. It is tried to comprehend why these pieces are on one plate.
To find out a common feature of the documents, their content and represented form are compared. A correlation between some pieces is obvious and thus is also expected in the manufacture of the codices, in the kind of material used. For this the inks and colors are determined by scientific analysis including XRF-, Raman-, FTIR- and VIS- spectroscopy. Special material is detected and related to results of former analysis of codices written during the colonial period of America. Herewith a clear cultural assignment of the manuscripts is performed.
A relation of the fragments represented on plate 36 among each other and to other codices of the collection Manuscripta Americana in Berlin is discussed. Also, if the manuscripts are unique `originals´ or represent fragments of documents, whose corresponding pieces maybe found- in the best case- incorporated in other collections. We detected, that at least two of them can be put into relation to similar manuscripts deposited in Mexico. Further material analysis should clarify, if the corresponding pieces are identical- from one document, or if one of them is a copy. Herewith an approximation to authenticity features and history is issued.
Nach 1850 wurde zur weiteren Herabsetzung der Einbrenntemperatur von Glasmalfarben Borax (Na2B4O7 · 10 H2O) zugesetzt. Das Verhältnis war nun 1 Teil SiO2, 3 Teile PbO und 0,5 Teile Borax. Der analytische Nachweis von Bor in eingebrannten Malschichten war bisher jedoch nicht möglich.Daher wurden in Laborversuchen Glasmalfarben mit unterschiedlichem Gehalt an Borax auf Modellgläser aufgetragen, eingebrannt und anschließend unter simulierten Umweltbedingungen zeitraffend im Klimaschrank bewittert.
Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Untersuchungen können Malschichten charakterisiert werden und somit Hinweise auf mögliche Schadensursachen liefern. Erste Versuche zum Nachweis von Bor erfolgten mit Hilfe von LIBS-Messungen (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) an im Labor hergestellten Glasmalfarben mit unterschiedlichem Boraxgehalt.
Nach 1850 wurde zur weiteren Herabsetzung der Einbrenntemperatur von Glasmalfarben Borax (Na2B4O7 · 10 H2O) zugesetzt. Das Verhältnis war nun 1 Teil SiO2, 3 Teile PbO und 0,5 Teile Borax. Der analytische Nachweis von Bor in eingebrannten Malschichten war bisher jedoch nicht möglich.
In Laborversuchen wurden Glasmalfarben mit unterschiedlichem Gehalt an Borax auf Modellgläser aufgetragen, eingebrannt und anschließend unter simulierten Umweltbedingungen zeitraffend im Klimaschrank bewittert. Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Untersuchungen können Malschichten charakterisiert werden und somit Hinweise auf mögliche Schadensursachen liefern. Der Nachweis von Bor erfolgte mit Hilfe von LIBS-Messungen (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) an im Labor hergestellten Glasmalfarben mit unterschiedlichem Boraxgehalt.
Im Beitrag wurden auf der Basis der Ergebnisse des laufenden UFOPLAN-Forschungsvorhabens „Monitoring zur Verwertung von Bodenmaterial“ die nach BBodSchV anzuwendenden Untersuchungsverfahren bewertet und Probleme bei der Untersuchung von Bodenmaterial insbesondere im Zusammenhang mit der Analyse von PAK im Feststoff und im Eluat aufgezeigt. Dabei wurde der Einfluss der Probenaufbereitung und Probenvorbereitung vor der Analytik berücksichtigt.
Soil microbes are exposed to different environmental stressors originating from various sources. Biocides used as material preservatives can represent environmental stressors since they are in direct contact with the environment including soil. Microorganism in soils can adapt to stress by different mechanisms; for example, by the evolution of resistance by de novo mutations or acquisition of resistance genes via horizontal gene transfer (HGT). Here, we hypothesize that material preservatives could enhance the evolution of biocide resistance enabling the potential for cross-resistance to antibiotics. Furthermore, we hypothesize that material preservatives can cause increased frequencies of HGT (i.e. altered community permissiveness) facilitating microbial community adaptation to stress. We will culture soil microorganism with increasing concentrations of selected biocides followed by antibiotic susceptibility determination. Moreover, we will incubate soil mesocosms with selected biocides to investigate if these compounds promote HGT of plasmids that carry resistance genes in soil microbial communities. Together these results will elucidate the potential for the evolution of biocide resistance and cross-resistance to antibiotics as well as the effect of biocides on adaptation to environmental stressors in soil microbial communities.
Los códices de Mizquiahualla
MsAmer1 frag VII, XIII (XIV, XV) muestran:
- colores indigenes: cochinilla (rojo), indigo (verde, azul), carbón (negro), zacatlaxcalli (amarillo)
- papel indigen (amate)
- pintura con líneas perfil en negro, pintado antes y después de la coloración
- influencía colonial: escritura en tinta hierro- gálica (1571, 1569)
Los Códices Humboldt, que proceden de la época colonial de Mexico, muestran:
1. colores indígenas típicos y sus mezclas:
cochinilla (rojo), índigo/ Azul Maya (azul y verde), carbón (negro),
zacatlaxcalli, mangle, colores orgánicos (amarillo)
2. influencia colonial:
tinta hierro- gálico para escribir
3. fragmentos distribuidos y cortados:
partes singulares forman parte de otros fragmentos dentro de la colección
(y en otras colecciones?)
Whereas the behavior of geosynthetics in landfill engineering is well studied and documented since decades, little is known on application in applications such as coastal protection or ballast layers for wind energy plants.
However, due to the rapid expansion of offshore wind energy, rising water levels and more extreme weather conditions as a result of climate change more and more hydraulic engineering projects will be realized in the future.
Construction with geosynthetics has various advantages, but it has to be ensured that there is no negative environmental impact from the application of geosynthetics in hydraulic engineering.
It is expected that any effect will be visible only on the long-term. Therefore, accelerated testing is needed to derive requirements for geosynthetics in hydraulic engineering.
Geokunststoffe spielen sowohl im internationalen als auch im deutschen Deponiebau eine Schlüsselrolle. Seit dem Erscheinen der Deponieverordnung (DepV) im Jahre 2009 bedürfen Geokunststoffe, Polymere und Dichtungskontrollsysteme einer Zulassung durch die BAM, wenn diese in deutschen Deponieabdichtungssystemen eingesetzt werden sollen. Die DepV stellt dabei allgemeine Anforderungen an die Geokunststoffe und den Zulassungsprozess für die Produkte auf. Geokunststoffe müssen danach ihre Funktion unter allen zu erwartenden äußeren und inneren Einflüssen über einen Zeitraum von mindestens 100 Jahren erfüllen. Dichtungskontrollsysteme müssen ihre Funktion über mindestens 30 Jahre erfüllen. Die Anforderungen der DepV werden durch die Zulassungsrichtlinien der BAM in konkrete technische Anforderungen für die Produkte aber auch für das Qualitätsmanagement und den Einbau etc. überführt. Bei der Erarbeitung der Zulassungsrichtlinien wird die BAM durch einen Fachbeirat, der sich aus Experten aus allen relevanten Bereichen zusammensetzt, beraten. Der Vorsitz des Fachbeirats liegt beim UBA. Es soll eine kurze Übersicht über die Produkte und die wichtigsten Anforderungen gegeben werden. Zudem soll erläutert werden, durch welche Maßnahmen in der Produktion und auf der Deponiebaustelle eine gleichbleibende Qualität der Produkte gewährleistet wird.
The challenge of the project ASHES is focused on the recycling of nutrients from residues of thermochemical processing of by-products of sugar cane industry (bagasse/straw) in Brazil to increase the energy efficiency of thermal conversion and to enable the recycling of process ashes as fertilisers. Dry lignocellulosic biomass (straw, bagasse) are combusted, gasified and subsequently combined with post-thermochemical treatment in the AshDec process to increase the plant availability of phosphorus. Different fertilizer formulations are granulated/pelletized and tested regarding their storage/handling characteristics.
Im Rahmen des Projekts OPTIMIN wurde eine Fraktionierung von Rostasche in verschiedene Korngrößenverteilungen mit integriertem Waschschritt durchgeführt. Aufgrund der weiteren Behandlung und Analyse der resultierenden drei Fraktionen 0–0,2 mm, 0,2–2 mm und 2–25 mm wurde die mögliche Verwertung in Asphalt, Beton oder Zement untersucht.
Eine Option könnte die Verwendung von frischer Rostasche sein, die vor dem Einsetzen von Alterungsprozessen behandelt wird. Die vorläufigen Ergebnisse zeigen die Verlagerung von Schadstoffen in die Feinfraktion, aber auch von Anteilen, die für die Alterungsprozesse verantwortlich sind. Teile der Feinfraktion halten die Grenzwerte für das Zementwerk des Projektpartners ein. Andererseits übersteigen die Gehalte an Kupfer und Zink die Vorgabewerte für den Prozess. Die gröberen Fraktionen sind frei von mineralischen Anhaftungen und agglomerieren bei der Verwendung von frischer Rostasche nicht. Die nachfolgende Abtrennung von Glas war erfolgreich. Aus bauphysikalischer Sicht erscheint eine Anwendung in Asphalt oder Beton für die gröberen Fraktionen möglich. In Auslaugtests konnte jedoch eine hohe Freisetzung verschiedener Metalle, insbesondere Kupfer, nachgewiesen werden. Dies ist wahrscheinlich auf den schlecht konzipierten Waschprozess zurückzuführen, muss jedoch weiter untersucht werden.
Ausgewählte Ergebnisse des UBA-Vorhabens "Beregnete Bauteile und Bauprodukte: Entwicklungen für Vergabegrundlagen für den Blauen Engel mit Hilfe von Auslaugtest" werden für organische und anorganische Analyten präsentiert. Ein Schwerpunkt ist den Einfluss der verschiedenen Schichten von WDVS-Systemen aufzuzeigen.
Im Vortrag werden Auswaschversuche mit Bauprodukten vorgestellt, die dazu dienen sollen, Bauprodukte mit geringer Auswaschung zu erkennen. Zu verschiedenen Bauprodukten (Lacke für Außenanwendungen, Wärmedämmverbundsystemen, Dachziegel und Dachfolien) werden ausgewählte Ergebnisse vorgestellt. Die Eignung der Auswaschverfahren und die Testergebnisse werden bewertet.
Biofilm formation on materials leads to high costs in industrial processes, as well as in medical applications. This fact has stimulated interest in the development of new materials with improved surfaces to reduce bacterial adhesion.
We present a flow chamber system to test and quantify bacterial adhesion on materials that are part of antifouling concepts. The adhesion process is standardized and can be adapted to different bacteria in subaquatic of subaerial environments. It is combined with a standardized evaluation procedure based on statistical evidence.
BEMMA steht für Bewertung von Emissionen aus Materialien für Museumsausstattungen. Es ist die Kurzbezeichnung für ein Schema/Verfahren zur Untersuchung und Bewertung flüchtiger organischer Verbindungen aus Werkstoffen, die im mittelbaren Kontakt mit historischen Materialien des Kunst- und Kulturgutes stehen. Ergebnisse der Untersuchungen seit ca. 2010 bis 2017 werden präsentiert und diskutiert.
Auslaugversuche wurden mit verschiedenen Bauprodukten durchgeführt, die unter Anwendungsbe-dingungen mit Niederschlägen in Kontakt kommen können. In das Testprogramm wurden Lacke für Außenanwendungen, Wärmedämmverbundsysteme, Dachziegel und polymere Dachfolien einbezogen.
Mit diesen Produkten wurden der von CEN TC 351 entwickelte dynamische Oberflächenauslaugtest (DSLT) und Immersionstests nach EN 16105 durchgeführt. Emissionsverläufe wurden sowohl für an-organische Komponenten als auch für organische Substanzen in den Eluaten ermittelt. Auslaugbare organische Substanzen wurden zuvor in Screeningtests identifiziert.
Um die mögliche Freisetzung von Stoffen aus Bauprodukten beurteilen zu können, ist es erforderlich, Emissionsverläufe zu beschreiben. Dazu sind die verwendeten Testverfahren geeignet. Um Baupro-dukte mit einem Blauen Engel als „Produkte mit geringer Auslaugung“ auszuloben, müssen die aus-laugbaren Substanzen komplett bekannt sein. Für organische Verbindungen ist das noch eine Heraus-forderung. Außerdem erfordert die Bewertung der Testergebnisse sowohl Übertragungsmodelle, die Vorhersagen über freisetzbare Stoffmengen unter Anwendungsbedingungen ermöglichen, als auch Vorgaben zu tolerierbaren Umweltkonzentrationen. Hier besteht noch Handlungsbedarf.
Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umwelt-beständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz, die jeweils mit polybromierten Flammschutzmitteln (PBFSM) versehen sind. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Auch soll mit Hilfe der RFA und der LA-ICP-MS die Abreicherung der PBFSM in den Modellmaterialien beschrieben werden. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
Recent studies have shown that host-microbiota interactions can lead to dramatic changes in host phenotype especially behaviour. We investigate the causal drivers of microbe-associated shifts in host phenotype by examining how feeding behaviour is modulated by a bacterial infection in an omnivorous cockroach: Blatta orientalis. We conducted food-choice experiments after challenging hosts with the common entomopathogenic soil bacterium Pseudomonas entomophila to understand the impact of bacterial pathogens on host macronutrient preference. We find that immune challenge by this bacterium drives a sharp decline in carbohydrate intake and results in a relative increase in the ratio of protein to carbohydrate consumed. Additionally, infected cockroaches reduce their overall nutrient intake. We show for the first time that cockroach feeding behaviour is dynamically modulated by a pathogen. In contrast to studies on Spodoptera moths, this modulation does not impact any of the immune parameters we measured: it does not affect the abundance of immune related proteins in the hemolymph, hemolymph antimicrobial activity, or survival. This leads to the possibility that as long-lived omnivorous species B. orientalis may be better adapted to unpredictable variation in food availability and quality. An illness-induced anorexia-like response which is thought to assist hosts in limiting nutritional resources available to pathogens is therefore the most likely cause of the observed phenotype. Reduction of carbohydrate intake by sick individuals would be consistent with such an explanation.
In another cockroach species Blatella germanica we also investigate whether in addition to pathogens, host microbiota especially gut commensals are causally responsible for shifts in host behavioural phenotype and immune competence. To address this, we conduct food-choice and immunechallenge experiments in germ-free cockroaches and naïve cockroaches.
Biochemische und physiologische Charakterisierung der extrazellulären Matrix eines Modellbiofilms
(2018)
An der Grenzschicht zwischen einer festen Oberfläche und der umgebenden Luft wachsende subaerische Biofilme (SAB) zeichnen sich durch eine erhöhte Toleranz gegenüber extremen Umweltbedingungen und dem Eintrag von Bioziden aus. Dieser Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen wird vornehmlich durch den Beitrag von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) und Pigmenten, wie Melanin und Carotinoiden, vieler unterschiedlicher Organismen gewährleistet. Deren Synthese wird wiederum durch intrazelluläre Botenstoffe reguliert. Das Cyanobakterium Nostoc punctiforme und der mikrokoloniale Pilz Knufia petricola, als Partner eines etablierten SAB-Modells und Vertreter zweier typischer Organismengruppen in SAB, wurden genutzt, um Botenstoffe und Pigmente genetisch zu manipulieren und die Biofilmmatrix dieser Mutanten strukturell zu untersuchen. In dieser Arbeit konnten erstmals die EPS beider Organismen extrahiert und die Struktur der extrazellulären Polysaccharide beschrieben werden. Daneben wurden die extrazellulären Polysaccharide von K. petricola Wildtyp mit denen verschiedener Pigmentmutanten verglichen. Das Fehlen des Schutzpigmentes Melanin führte zu einer ausgeprägteren extrazellulären Matrix in den Biofilmen. Gleichzeitig änderte sich die Struktur der extrazellulären Polysaccharide. Während der Wildtyp zu ~80% ein α-Glucan und zu ~20% ein α/β-Galaktomannan sekretierte, war der Anteil des Galaktomannans bei den Melaninmutanten erhöht. Das Ausschalten der Carotinoid-Synthese hatte jedoch keinen Einfluss auf die Beschaffenheit der extrazellulären Polysaccharide. Ein deutlich komplexeres extrazelluläres Polysaccharid aus acht verschiedenen Monosaccharid-Einheiten bildete N. punctiforme. Durch die Überproduktion des bakteriellen sekundären Botenstoffes c-di-GMP konnte zudem ein grundlegender Einfluss auf die Reaktion des Cyanobakteriums gegenüber externen Signalen und die damit verbundene Zelldifferenzierung gezeigt werden. Ein artifiziell erhöhtes c-di-GMP-Level in den Zellen führte zur Ausbildung eines sessilen Lebensstils durch Hemmung der Differenzierung motiler Hormogonien und vermehrte Produktion von EPS. Die Struktur der extrazellulären Polysaccharide wurde dadurch nicht verändert. Neben der strukturellen Analyse konnten die Veränderungen der extrazellulären Matrix beider Organismen zusätzlich durch mikroskopische Methoden visualisiert werden. Beide Organismen steuern komplexe Polymere, deren Produktion maßgeblich mit intrazellulären Faktoren verknüpft ist, zu der extrazellulären Matrix des Modellbiofilms bei.
Bioinformatics meets virology: The European virus bioinformatics center's second annual meeting
(2018)
The Second Annual Meeting of the European Virus Bioinformatics Center (EVBC), held in Utrecht, Netherlands, focused on computational approaches in virology, with topics including (but not limited to) virus discovery, diagnostics, (meta-)genomics, modeling, epidemiology, molecular structure, evolution, and viral ecology. The goals of the Second Annual Meeting were threefold: (i) to bring together virologists and bioinformaticians from across the academic, industrial, professional, and training sectors to share best practice; (ii) to provide a meaningful and interactive scientific environment to promote discussion and collaboration between students, postdoctoral fellows, and both new and established investigators; (iii) to inspire and suggest new research directions and questions. Approximately 120 researchers from around the world attended the Second Annual Meeting of the EVBC this year, including 15 renowned international speakers. This report presents an overview of new developments and novel research findings that emerged during the meeting.
Zearalenone (ZEN) and its phase II sulfate and glucoside metabolites have been detected in food and feed commodities. After consumption, the conjugates can be hydrolyzed by the human intestinal microbiota leading to liberation of ZEN that implies an underestimation of the true ZEN exposure. To include ZEN conjugates in routine analysis, reliable standards are needed, which are currently not available. Thus, the aim of the present study was to develop a facilitated biosynthesis of ZEN-14-sulfate, ZEN-14-glucoside and ZEN-16-glucoside. A metabolite screening was conducted by adding ZEN to liquid fungi cultures of known ZEN conjugating Aspergillus and Rhizopus strains. Cultivation conditions and ZEN incubation time were varied. All media samples were analyzed for metabolite formation by HPLC-MS/MS. In addition, a consecutive biosynthesis was developed by using Fusarium graminearum for ZEN biosynthesis with subsequent conjugation of the toxin by utilizing Aspergillus and Rhizopus species. ZEN-14-sulfate (yield: 49%) is exclusively formed by Aspergillus oryzae. ZEN-14-glucoside (yield: 67%) and ZEN-16-glucoside (yield: 39%) are formed by Rhizopus oryzae and Rhizopus oligosporus, respectively. Purities of ≥73% ZEN-14-sulfate, ≥82% ZEN-14-glucoside and ≥50% ZEN-16-glucoside were obtained by 1H-NMR. In total, under optimized cultivation conditions, fungi can be easily utilized for a targeted and regioselective synthesis of ZEN conjugates.
Zearalenone (ZEN) and its sulfate and glucoside conjugates have been detected in (a broad variety of) food and feed commodities1. Both conjugated derivatives are formed as part of fungal or plant secondary metabolism and thus, belong to the group of modified mycotoxins2. After consumption of contaminated foodstuff, the conjugates can be hydrolyzed by human intestinal microbiota leading to liberation of ZEN that implies an underestimation of the true ZEN exposure. In order to include ZEN conjugates in routine analysis, as well as for toxicological investigation reliable standards are needed.
The objective of the present study was to develop a simple and economic method for biosynthesis of ZEN conjugates. Preceding experiments on the biotransformation of ZEN by Rhizopus and Aspergillus species showed a mixed metabolite formation3. Therefore, these known ZEN conjugating fungal strains were screened for their potential to selectively synthesize the ZEN derivatives ZEN-14-sulfate (Z14S), ZEN-14-glucoside (Z14G) and ZEN-16-glucoside (Z16G). The screening was conducted by adding ZEN to liquid fungal cultures. Cultivation conditions and ZEN incubation time were varied. All media samples were analyzed for metabolite formation by HPLC-MS/MS. Z14S was exclusively formed by A. oryzae. Under optimized conditions a specific biosynthesis of Z14G by R. oryzae and Z16G by R. oligosporus was achieved. After liquid-liquid-extraction and preparative chromatographic cleanup 1H-NMR purities of ≥ 73% for Z14S, ≥ 82% for Z14G and ≥ 50% for Z16G were obtained. In addition, a consecutive biosynthesis was developed by first using Fusarium graminearum for ZEN biosynthesis on rice based liquid medium. After inactivation of Fusarium the subsequent conjugation reaction was conducted utilizing Aspergillus and Rhizopus species under the various optimized conditions.
In this study an easy and cost-efficient biosynthesis for Z14S, Z14G and Z16G was developed. The developed biosynthesis could be also used for other metabolites like ZEL conjugates. Our results of the in vitro screening indicate also the formation of a ZEL-glucoside and α ZEL-sulfate as major metabolites by R. oryzae. In sum, under optimized cultivation conditions fungi can be easily utilized for a targeted and stereospecific synthesis of ZEN conjugates.
The Cairo Geniza is an “archive” discovered in the 19th century in Ben Ezra Synagogue in Fustat, a district in Old Cairo (Egypt). The collection of mostly Jewish documents that vary in genres, languages and writing supports contains a large number of early medieval Hebrew manuscripts.
The Geniza provides sources for the literary, linguistic, historical studies of the various aspects Jewish life. As the documents attest, at least two Jewish communities co-existed in Fustat up to 11th century: a so-called Babylonian and Palestinian. These communities had different leaders, different traditions and lived independently. The differences seem to manifest themselves also in the paleographical, codicological and some material properties of the manuscripts produced by each community.
The aim of this project is to compare the inks used in the Jewish documents depending on different variables: support (paper, parchment), purpose of the manuscript (legal, private, religious), provenance of the scribe. For the determination of the inks type and composition we had to choose non-invasive, non-destructive and portable techniques to analyze the corpus directly on-situ.
The analyses were carried out with a micro-X-ray spectrometer ArtTAX® (Bruker GmbH) and a digital stereomicroscope features built-in LED illumination at 395 nm and 940nm, Dino Lite.
We would like to stress that though the methods of material analysis listed above have been successfully employed in the field of cultural heritage and conservation including ancient and medieval manuscripts they have not yet been used to study fragments from the Cairo Genizah. Therefore, we believe that this research project is a pioneering study that will provide new insights into the history of Hebrew writing materials, their production techniques and materials and, thus, contribute new data to the field of Hebrew paleography.
The Cairo Genizah is a well-known “archive” discovered in the 19th century in Ben Ezra Synagogue in Fustat, a district in Old Cairo (Egypt), located south of the center of modern Cairo. The giant collection of mostly Jewish documents that vary in genres, languages and writing supports contains a large number of early medieval Hebrew manuscripts, mostly in fragmentary form. The larger part of the Cairo Genizah is stored today in the Cambridge University Library, containing about 200,000 fragments.
The Genizah provides sources for the literary, linguistic, historical studies of the various aspects Jewish and non-Jewish life. As the documents attest, at least two Jewish communities co-existed in Fustat up to 11th century: a so-called Babylonian and Palestinian. These communities had different leaders, different traditions and lived independently. The differences manifest themselves also in the paleographical properties of the manuscripts produced by each community.
Although Genizah manuscripts have attracted a great deal of scholarly attention, the material aspects of these documents seem to have been largely neglected. The current study aims to obtain information on the composition of the writing supports and the inks used, in order to obtain insights on trade, local production techniques and social structures.
Can we extend the differences detected by the paleographical analysis to differences in composition of the writing materials ? Can we relate the differences in the composition to a community, to the manuscript type (legal, private...), or to another criterion?
X-ray fluorescence analysis, due to its non-destructive nature and ist suitability to work with historic objects in situ, quickly became one of the most important methods for the evaluation of iron-gall ink. The main advantage of this qualitative and semi-quantitative method is that it makes it easy to differentiate between inks, based on the assumption that the differences result from the manufacture of the ink.
This work explores the question whether the ink ‘fingerprint’ results strictly from the elemental composition of the basic ink ingredients even if it is stored in vessels made of metals or metal alloys. In addition, we tested and compared the performance of three different XRF spectrometers.
We prepared various lab-grade inks according to historical ink recipes and measured the metal content of the ink deposited on sized cotton Linters paper with three types of XRF spectrometers: a simple hand-held device with an interaction spot of 4 mm and two devices equipped with poly-capillary Xray optics for line scanning and imaging. Since the exact elemental mass composition of the non-aged ink samples was known, we were able to evaluate the accuracy of the research procedure. Lab-grade inks were then aged in the metal jars imitating inkwells. The aging of the inks in the metal containers resulted in the significant change of the primary inks fingerprint as opposed to that of the control inks stored in glass containers. This effect was independently confirmed by the measurements conducted with every instrument we used. We will present a brief comparison of the results 43 achieved when using different spectrometers and a possible hypothesis explaining the processes that occurred.
A non-invasivemethod has been carried out to show the capabilities and limitations of Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS) for identifying of colourants and binders in modern reverse glass paintings. For this purpose, the reverse glass paintings “Zwei Frauen am Tisch” (1920–22), “Bäume” (1946) (both by Heinrich Campendonk), “Lofoten” (1933) (Edith Campendonk-van Leckwyck) and “Ohne Titel” (1954) (Marianne Uhlenhuth), were measured. In contrast to other techniques (e.g. panel and mural painting), the paint layers are applied in reverse succession. In multi-layered paint systems, the front paint layer may no longer be accessible. The work points out the different spectral appearance of a given substance (gypsum, basic lead white) in reverse glass paintings. However, inverted bands, band overlapping and derivative-shaped spectral features can be interpreted by comparing the spectra fromthe paintingswith spectra frompure powders and pigment/linseed oil mock-ups. Moreover, the work focuses on this method's capabilities in identifying synthetic organic pigments (SOP). Reference spectra of three common SOP (PG7, PY1, PR83) were obtained from powders and historical colour charts.We identified PR83 and PY1 in two reverse glass paintings, using the measured reference spectra. The recorded DRIFTS spectra of pure linseed oil, gum Arabic, mastic, polyvinyl acetate resin and bees wax can be used to classify the binding media of the measured paintings.
Without precaution, insects may cause serious damage to Museum collections. Quarantine of potentially infested objects can be logistically challenging. Anoxia under controlled nitrogen atmosphere is a most compatible but also time-consuming method to eradicate insect pests in all kinds of different materials. Treatment results are usually effected by duration, temperature, humidity and residual oxygen content. During a two-year research project, 34 relevant pest insect species of all developmental stages were tested in several different materials (wood, paper, wool) to monitor treatment success and to determine optimum treatment parameters. Duration of Treatment ranged from one to three weeks at temperatures of 20 - 27 °C.
As expected, results showed significant differences in mortality among tested species. Highest tolerance of hypoxic conditions was found in older larvae of Hylotrupes bajulus. However, this species is an unlikely museum pest. Anobiids and other wood boring beetles are more often an issue related to cultural heritage. Tested imbedding materials in general had no mortality lowering influence. A combination of three weeks exposure time at up to 0.5 % residual oxygen and at 24 °C and 50 % RH is recommended for infested artefacts.
Recycling-Düngemittel auf Basis von sekundären Ressourcen (Gülle, Gärreste, Klärschlamm, Tiermehl etc.) gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung in der Landwirtschaft. Die in den Recycling-Düngemitteln enthaltenen P-Spezies weichen oft stark von denen in konventionell hergestellten Düngemitteln aus Rohphosphat ab, zudem enthalten Recyclingdünger oft mehrere verschiedene P-Formen. Die Pflanzenverfügbarkeit des P in ist ganz wesentlich von der enthaltenen P-Form abhängig. Derzeit gibt es außer zeitaufwendigen und kostspieligen Gefäß- und Feldversuchen keine zufriedenstellende Testmethode zur Analyse der P-Pflanzenverfügbarkeit von unterschiedlichen Recycling P-Düngemitteln. Die im europäischen Düngemittelrecht normierten chemischen Extraktionsmethoden (Wasser, Zitronensäure, Ameisensäure, neutral Ammoniumcitrat etc.) zeigen oftmals keine oder nur sehr geringe Korrelation zu der P-Aufnahme von Pflanzen in Gefäßversuchen mit Recycling-Düngemitteln (Kratz et al. 2010, Steckenmesser et al. 2017, Vogel et al. 2017). Eine grundlegende Schwäche chemischer Extraktionsmethoden liegt darin, dass es sich dabei um statische Methoden handelt, die nicht in der Lage sind, die im System Boden/Düngemittel-Bodenlösung-Pflanze stattfindenden dynamischen Prozesse wie P-Freisetzung und Entzug durch die Pflanzenwurzeln abzubilden.
Einen Lösungsansatz bieten hier sog. P-Senken-Methoden. Bereits in den 1950er Jahren wurden erstmals P-Senken zur Analyse des Boden-P angewendet (Chardon et al. 1996). In den darauffolgenden Jahrzehnten wurden verschiedene P-Senken auf der Basis von Eisenoxid-Papier entwickelt (Chardon et al. 1996). Jedoch konnten diese Ansätze auch nur begrenzt zur Bestimmung der P-Pflanzenverfügbarkeit des Boden-P eingesetzt werden. Mitte der 1990er Jahre wurde die DGT (engl. diffusive gradients in thin films) Methode entwickelt (Zhang et al. 1998). Bei der DGT Methode diffundiert P aus der Bodenlösung des angefeuchteten Bodens durch einen Membranfilter und die Diffusionsschicht und wird anschließend an einer Bindungsschicht absorbiert. Durch den Diffusionsgradienten wird das Gleichgewicht in der Bodenlösung permanent gestört, wodurch auch labiles P im Boden gelöst wird. Die stetige Entnahme von P aus der Bodenlösung über die Diffusions-/Bindungsschicht simuliert dabei den Entzug von P durch die Pflanzenwurzel. Die an die Bindungsschicht adsorbierte Menge an P korreliert stark mit der P-Aufnahme von Pflanzen (u.a. Mason et al. 2005, 2013; Menzies et al. 2005, Six et al. 2012). Im Gegensatz zu chemischen Extraktionsmethoden werden bei der DGT Methode Mischungen an Düngemittel und Boden für mehrere Tage inkubiert (Vogel et al. 2017; Duboc et al. 2017), da ansonsten wasserlösliche P-Dünger den DGT Adsorber sättigen und wasserunlösliche P-Dünger unterschätzt werden. Ein bis zwei Wochen Inkubation sind ausreichend, damit sich pflanzenverfügbares P in die Mischungen bildet.
In letzter Zeit haben verschiedene Forschungsgruppen gezeigt, dass die DGT Methode auch eine sehr gute Korrelation mit der Pflanzenverfügbarkeit verschiedener Typen von (Recycling-)P-Düngemitteln aufweist (Vogel et al. 2017; Duboc et al. 2017; Foereid 2017; Haarstad and Bavor 2017; Lemming et al. 2017). Bei Gefäßversuchen mit verschiedenen Recycling P-Düngemitteln konnte die DGT Methode den Ertrag bzw. die P-Aufnahme von Mais deutlich besser vorhersagen als herkömmliche chemische Extraktionsmethoden (Vogel et al. 2017; Duboc et al. 2017).
Daher kann die DGT Methode im Vorfeld der Zulassung von neuen Düngermitteltypen als zuverlässige und robuste Methode zum Screening von Produktvarianten eines Düngemittelherstellers verwendet werden. Um dieses Messverfahren im Rahmen des Düngemittelrechts als Bewertungsinstrument für die Abschätzung der Pflanzenverfügbarkeit unterschiedlicher Düngemittel zu verwenden, muss es allerdings zunächst standardisiert werden. Zu diesem Zweck bietet sich der Einsatz eines „standardisierten“ Bodens bzw. Bodenrezepts an. Zur Kalibrierung der Methode im jeweiligen Labor könnten auch chemisch definierte P-Verbindungen mit bekannter Löslichkeit/Pflanzenverfügbarkeit als Referenz-substanzen verwendet werden.
Chemical-free pest control by dielectric
heating with radio waves and microwaves:
Thermal effects
(2018)
Thermal pest control with hot air is widely accepted as an alternative to chemical methods. However, it requires relatively long treatment times owing to the low thermal conductivity of wood. Direct dielectric heating that applies radio waves or microwaves has the advantage of more homogeneous heating. However, Sound experimental data on this technique are currently rare. Therefore, the thermal treatment of wood-destroying insects with radio waves and microwaves was studied with two model pests, Anobium punctatum and Hylotrupes bajulus, and with Tenebrio molitor as a reference. The secure elimination of pests was achieved, and the corresponding treatment time was in the range of a few minutes. Temperature profiles were more homogeneous when applying radio waves.
Zukünftig werden vermehrt P-Recyclate auf den Düngemittelmarkt kommen. Diese müssen ausreichend charakterisiert werden, um Sicherheit und Wirksamkeit beurteilen zu können. Mit dem Vortrag wurde der wissenschaftliche Beirat für Düngungsfragen des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft beraten.
An environmentally friendly and cost efficient way for the management of municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash represents its thermal co-treatment together with combustible waste. However, the safe introduction and storage of MSWI fly ash in the waste bunker is challenging and associated with severe problems (e.g. dust emissions, generation of undefined lumps and heat in case of moistened MSWI fly ash). Therefore, the aim of this study is to investigate the suitability of pelletisation as a pretreatment of MSWI fly ash. In particular, MSWI fly ash was characterised after sampling, pelletisation and thermal treatment and the transfer of constituents to secondary fly ash and flue gas was investigated. For this purpose, MSWI fly ash pellets with a water content of about 0.15 kg/kg and a diameter of about 8 mm have been produced by disc pelletiser and treated in an electrically heated pilot-scale rotary kiln at different temperatures, ranging from 450°C to 1050°C. The total contents of selected elements in the MSWI fly ash before and after thermal treatment and in the generated secondary fly ash have been analysed in order to understand the fate of each element. Furthermore, leachable contents of selected elements and total content of persistent organic pollutants of the thermally treated MSWI fly ash were determined. Due to the low total content of Hg (0.7 mg/kg) and the low leachate content of Pb (<0.36 mg/kg), even at the lowest treatment temperature of 450°C, thermally treated MSWI fly ash pellets can be classified as nonhazardous waste. However, temperatures of at least 650°C are necessary to decrease the toxic equivalency of PCDD/F and DL-PCB. The removal of toxic heavy metals like Cd and Pb is significantly improved at temperatures of 850°C, 950°C or even 1050°C. The observed metal removal led to relatively high contents of e.g. Cu (up to 11,000 mg/kg), Pb (up to 91,000 mg/kg) and Zn (up to 21,000 mg/kg) in the secondary fly ash. This metal enriched secondary fly ash might represent a potential raw material for metal recovery (e.g. via acidic leaching). Due to the high content of total dissolved solids observed in the leachate of thermally treated MSWI fly ash pellets, a wet extraction procedure is suggested to enable its safe disposal at non-hazardous waste landfills.