4 Material und Umwelt
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- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (77)
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- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (11)
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- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (7)
- 1.8 Umweltanalytik (7)
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- 1.2 Biophotonik (5)
- 7.4 Baustofftechnologie (5)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (5)
- 9 Komponentensicherheit (5)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (4)
- 6.3 Strukturanalytik (4)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (4)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (3)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (3)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (3)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (3)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (2)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (2)
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- 9.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (1)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (1)
- 5.6 Glas (1)
- 6.7 Materialsynthese und Design (1)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (1)
- 8.3 Thermografische Verfahren (1)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (1)
Hydrogen plasma treatment of iron ores or iron oxide containing wastes can be an efficient option to produce green iron e.g. for steel production. This way iron oxide is reduced to metallic iron in the liquid form by the highly reactive species that are formed in a hydrogen plasma. Hydrogen plasma can be used at the same time to remove undesired gangue elements. The presentation shows the experimental setup, shows first results of iron ore reduction by hydrogen plasma and gives an outlook for industrial application of the technology.
SRB are environmentally and industrially important microorganisms. The disadvantage of their metabolic activity (e.g. sulfate reduction) results in the formation of toxic sulfide that leads to microbial influenced corrosion. SRB have been responsible for biocorrosion of ferrous metal. One of mitigation strategy is the use of biocides. However, it has been shown that various bacteria develop antimicrobial resistance due to excessive use of biocides. Thus, a deeper understanding of the evolution of biocide resistance of SRB is necessary. Three commonly used biocides, THPS, BAC, and GLUT were applied to investigate the susceptibility of Desulfovibrio alaskensis G20.The minimum inhibitory and bactericidal concentration and the killing kinetics of the three biocides was determined. These results will be used to conduct evolution experiments to determine the evolution of resistance towards biocides of SRBs. The outcome of this work can be helpful to improve the management of MIC treatments.
Detektion, Quantifizierung und Entfernung von insbesondere ultrakurzkettigen PFAS in Grundwasser
(2024)
Da PFAS in großem Umfang in einer Vielzahl von Produkten verwendet wurde, sind sie im Grundwasser in der Nähe vieler industrieller und militärischer Anlagen weltweit zu finden. Darüber hinaus führten neue Vorschriften und Beschränkungen für die Verwendung von langkettigen PFAS zu einer vermehrten Produktion kurzkettiger Alternativen. Ultrakurzkettige PFAS (≥C3) können natürliche und anthropogene Barrieren durchdringen und schließlich in Trinkwasserquellen gelangen. Zudem entfernen die meisten gängigen Trinkwasser-aufbereitungsverfahren die ultrakurzkettigen PFAS nicht ausreichend. Im Kooperationsprojekt DEFEAT-PFAS wird daher das Ziel verfolgt, Wissenslücken über Nachweis, Quantifizierung und Entfernung von kurz- (C4-C7) und ultrakurzkettige (C1-C3) PFAS, in kontaminiertem Grundwasser zu schließen. Die israelischen und deutschen Projektpartner entwickeln dafür analytische Methoden and selektive Passivsammler, um das zeitliche Profil von PFAS-Spezies im Grundwasser zu erfassen und überwachen. Darüber hinaus ein zweistufiges Verfahren entwickelt, welches darauf ausgelegt ist, die relativ niedrigen PFAS-Konzentrationen im Grundwasser durch neuartige Membranverfahren, Umkehrosmose im Batchbetrieb mit geschlossenem Kreislauf sowie Verbund-Nanofiltrationsmembranen, zu konzentrieren. Anschließend werden die PFAS angereicherten Konzentrate mittels Koagulation behandelt und das verbleibende PFAS an kohlenstoffhaltigen Nanomaterialien adsorbiert.
Half of the global material consumption is mineral material. The circularity is still low so that enhanced use of secondary building material is required to close loops. Three different secondary building materials are discussed based on exemplary research results: construction and demolition waste (C&D waste), soil-like material and incineration bottom ash (IBA). Focus was laid on the environmental compatibility of the materials examined mainly by standardized leaching tests. C&D waste was investigated after a wet treatment using a jigging machine, soil-like material and IBA were characterized with respect to their material composition. The environmental compatibility in particular was studied using standard leaching tests (batch tests and column tests). It was concluded that soil-like material can mostly be utilized even when the precautionary limit values set are exceeded by a factor of less than 2. For C&D waste the fine fraction below 2 mm and the content of brick material is problematic. IBA fulfills quality level HMVA-2 following German regulation. Higher quality levels of utilization might be achievable with better treatment technologies.
Im Rahmen eines vom Umweltbundesamt geförderten Forschungsprojekts wurde untersucht, ob die Abtrennung der Feinfraktion (0-2 mm) eine Verbesserung der umweltrelevanten Eigenschaften bewirkt und somit HMVA-1 erreicht werden kann. In Deutschland wird die Rostasche durch Nassentschlackungssysteme aus dem Feuerraum ausgetragen. Durch den Kontakt mit Wasser setzen direkt hydraulische Reaktionen ein, die eine vollständige Abtrennung der Feinfraktion unmöglich machen. Das wurde bereits in den 1990er Jahren erkannt und führte zur Entwicklung des ABB InRec Verfahrens mit Trockenentaschung als ersten Verfahrensschritt. Auch damals war das Ziel eine möglichst inerte Rostasche für die Verwertung zu erzeugen. In den letzten Jahren wurden in der Schweiz Trockenentaschungssystem installiert, hier vor allem um die Rückgewinnung von elementaren Metallen auch in der Feinfraktion zu verbessern. Welche Potenziale sich dabei erschließen lassen, wurde in einem anderen UBA-Projekt untersucht. Im Rahmen unserer Arbeiten wurde versuchsweise trockene Rostasche an einer Anlage in Süddeutschland genommen und im Labor untersucht. Im Vortrag werden die Ergebnisse zum Auslaugverhalten und zur Gefahreneigenschaft HP14 (Ökotoxizität) vorgestellt.
Die Einstufung von Hausmüllverbrennungsasche (HMVA) als gefährlich oder nicht gefährlich nach der Gefahreneigenschaft HP14 (ökotoxisch) ist nach wie vor umstritten, da es noch keine allgemein anerkannten Methoden zur Bewertung gibt. Wenn die Berechnungsregeln angewendet werden sollen angewendet werden sollen, sind Kenntnisse über die chemische Zusammensetzung von HMVA erforderlich. Informationen über die chemische Zusammensetzung von HMVA können mit einem Ansatz gewonnen werden, der auf der Gruppierung von Substanzen. Für HMVA können vier Stoffgruppen definiert werden: 1. elementare und legierte Metalle, 2. leicht wasserlösliche Stoffe, 3. schwer lösliche Stoffe und 4. Stoffe mit starken chemischen Bindungen. Elementares und legiertes Cu und Zn sind in der HMVA vorhanden und werden in der Regel als Nichteisenmetallfraktion zurückgewonnen, zumindest die größeren Partikel. Zn-Partikel, die kleiner als 1 mm sind, werden als H410 eingestuft, feine Partikel von Cu nur als H411. Die wasserlösliche Fraktion kann mit Standardauslaugungsmethoden quantifiziert werden Auslaugungsmethoden quantifiziert werden, z. B. bei einem Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis (L/S) von 2 oder 10 l/kg. Sowohl die Sulfate von Zn als auch von Cu gehören zu dieser Gruppe. In einer neueren Veröffentlichung wurde gezeigt, dass bei den oben genannten Metalle die ausgelaugte Menge weit unter dem Grenzwert von 1.000 mg/kg liegt, selbst wenn stöchiometrische Faktoren angewendet werden. Stoffgruppe 3 sind potenzielle H410-Stoffe. Dabei handelt es sich um Carbonate, Hydroxide und Oxide der betreffenden Elemente, die löslich sind in schwachen organischen Säuren wie Essigsäure löslich sind. Die Worst-Case-Stoffe der Gruppe 3, d. h. die Verbindungen mit den höchsten stöchiometrischen Faktoren, sind CuCO3xCu(OH)2 und ZnO. Stoffe mit starken chemischen Bindungen wie Silikate oder Sulfide sind nur löslich in starken Säuren (z.B. Königswasser) löslich und haben keinen Ökotoxizitäts-Gefahrencode. Das Mobilisierungsverhalten der relevanten Schwermetalle und damit der Gruppe der schwer schwerlöslichen Verbindungen kann mit der 4-stufigen sequenziellen Extraktion untersucht werden. Für die HP14 Einstufung könnte auch eine einstufige Extraktion ausreichend sein. Nur die Elemente Zn und Cu sind für die HP14-Einstufung der HMVA von Bedeutung, da die Feststoffgehalte aller anderen Schwermetalle unterhalb des Feststoffgehalte aller anderen Schwermetalle unter der Cut-Off-Grenze von 0,1 % liegen, selbst wenn man sie in chemischen Verbindungen mit stöchiometrischen Faktoren. Im Ergebnis wurde gezeigt, dass HMVA in der Regel als nicht gefährlich einzustufen ist.
In Deutschland fallen aktuell pro Jahr über 5 Mio. Tonnen Hausmüllverbrennungs-aschen (HMVA) an. Eine Verwertung dieser Aschen und Schlacken ist in Deutschland möglich und findet überwiegend im Deponiebau statt. Für die Verwertung sind in der Ersatzbaustoffverordnung Eluatgrenzwerte für Schwermetalle und einige andere Parameter vorgesehen.
Der Umgang mit HMVA könnte durch eine Einstufung als gefährlicher Abfall erschwert werden. Maßgeblich für die Einstufung eines Abfalls als gefährlich oder ungefährlich sind die gefahrenrelevanten Eigenschaften HP 1 bis HP 15 nach Anhang III der Richtlinie 2008/98/EG über Abfälle mit dort festgelegten Konzentrationsgrenzen. Für HMVA ist im Wesentlichen nur der Parameter HP 14 (Ökotoxizität) von Bedeutung. Dafür sind entscheidend die Gehalte an chemischen Verbindungen mit den Gefahrenhinweiscodes (hazard statement code, HSC) H400, H410, H411, H412 und H413. Eine detaillierte Diskussion zu den übrigen Gefahreneigenschaften bei HMVA findet sich in der Literatur. Die Einstufung als gefährlicher Abfall erfolgt nach festgelegten Rechenregeln.
Die BAM bearbeitet ein durch das UBA gefördertes Forschungsprojekt zur Erfassung und Bewertung von Analysedaten zu Aschen und Schlacken aus Abfallverbrennungsanlagen. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen bei der Weiterentwicklung des vorhandenen Konzeptes für eine bundeseinheitlichen Untersuchung und abfallrechtlichen Einordnung von Aschen und Schlacken aus deutschen Abfallverbrennungsanlagen unterstützend herangezogen werden. Im Vortrag werden Verfahren zur quantitativen Bestimmung der einstufungsrelevanten Verbindungen vorgestellt: 1.) der Praxisleitfaden von ITAD und IGAM, 2.) Methode basierend auf der Bioverfügbarkeit und 3.) Methode basierend auf Speziierungsanalyse.
Geokunststoffe werden im Wasserbau häufig eingesetzt, beispielsweise bei Maßnahmen für den Küstenschutz oder in Ballastschichten für Windenergieanlagen. Eine zunehmende Anwendung von Geokunststoffen wird aufgrund der Ausweitung der Offshore-Windenergieerzeugung und des Schutzes auf steigende Wasserspiegel und extremere Wetterbedingungen infolge des Klimawandels beobachtet. Die Anwendung von Geokunststoffen in Wasserbauprojekten bietet zwar verschiedene wirtschaftliche und technische Vorteile, wurde jedoch kürzlich in Frage gestellt, da sich diese Materialien während ihrer Lebensdauer verschlechtern und langfristig gefährliche Auswirkungen auf die aquatische Umwelt haben können, insbesondere als Ursprung von Kunststoffabfällen oder als Quelle / Senke für Chemikalien wie Weichmacher und Stabilisatoren, die bei der Herstellung von Geokunststoffen verwendet werden, um deren Leistung zu verbessern. Der Vortrag geht auf diese Bedenken ein.
Antimon (Sb) wird in Industrieprodukten hauptsächlich als Flammschutzmittel in Kunststoff verwendet. Aufgrund solcher Zusätze in Kunststoffen landet etwa die Hälfte von Sb am Ende der Lebensdauer in der Verbrennung fester Siedlungsabfälle und folglich in relevanten Mengen in der erzeugten Bodenasche. Bei Kontakt mit Wasser ist die anfängliche Auslaugbarkeit gering, da Antimonat mit Ca2+ schwerlösliche Verbindungen bilden. Nach der Carnonatisierung der Verbrennungsasche (IBA) während der fortschreitenden Alterung nimmt der pH-Wert in den Sickerwasser ab. Mit abnehmender Ca-Konzentration im Eluat ändert sich das Lösungsgleichgewicht und Antimonate lösen sich auf.
In Deutschland ist beabsichtigt, Sb in IBA mit der geplanten Umsetzung der sogenannten Mantelverordnung (MantelVO, die Bestimmungen zur Verwertung von Mineralabfällen enthält) in naher Zukunft zu regulieren. Die im Entwurf festgelegten Grenzwerte können für IBA kritisch sein und stellen daher ein Risiko für die Verwendung der Mineralfraktion von IBA in den gut etablierten Recyclingwegen dar.
The production of secondary materials from waste materials requires, in most cases, significantly lower energy amounts than the primary material production of raw materials. Along with lower energy demand, the greenhouse gas emissions produced are also lower. The duty of a modern waste management system should therefore be to collect and sort the waste materials in a way that the highest amounts of single material fractions with the highest qualities can be generated. In this contribution, the greenhouse gas balances of the theoretical treatment of the household waste, if collected as mixed waste in sanitary landfills, in waste incineration plants, or in mechanical-biological treatment plants, are compared to the existing separate waste collection and treatment in Germany in 2014.
Direct and indirect effects (DIERec) of the recovery of secondary resources are in the range of 500 million tonnes per year in Germany; energy savings are 1.4 million TJ. These savings are between 10 and 20% of the total. The effects of materials recovery exceed those of energy recovery by far with the exception of secondary plastic material where DIERec from energy recovery is higher by factor of 2.7. Untapped potential for the recovery of secondary resources exist in the fine fraction of bottom ash from municipal solid waste incineration, mainly Cu and precious metals and in urban mining.
Geosynthetic materials are applied in measures for coastal protection. Weathering or any damage of constructions, as shown by a field study in Kaliningrad Oblast (Russia), could lead to the littering of the beach or the sea (marine littering) and the discharge of possibly harmful additives into the marine environment. The ageing behavior of a widely used geotextile made of polypropylene was studied by artificial accelerated ageing in water-filled autoclaves at temperatures of 30 to 80° C
and pressures of 10 to 50 bar. Tensile strength tests were used to evaluate the progress of ageing, concluding that temperature rather than pressure was the main factor influencing the ageing of geotextiles. Using a modified Arrhenius equation, it was possible to calculate the half-life for the loss of 50% of the strain, which corresponds to approximately 330 years.
2021 marks the 10th anniversary of the first ERA.Net RUS joint call for European-Russian STI cooperation projects. Pooling the resources of more than 20 European and Russian funding agencies, more than 150 projects were funded with an estimated budget of about € 60 million.
Being even larger than many thematic ERA.NETs, the ERA.Net RUS Plus has been the biggest and most successful regional ERA.NET so far. Indicating a strong demand for scientific cooperation, the smaller-scale projects funded within the ERA.Net RUS (Plus) calls perfectly complement Russian participation in the EU Framework Programmes.
Not least of all, the ERA-Net RUS calls are examples of successful collaboration at a time when cooperation in other fields is complicated by the politically challenging situation. These calls contributed to keeping the communication channels open.
Against this background a dedicated event in late 2021 highlighted what has been achieved within the first decade of the initiative. The project EI-GEO coordinated by BAM was selected as best practice project. The presentation displays the main results of the project and discusses the key success factors.
Im Rahmen des Projekts wurde 1.) eine vollständige Bewertung des Stands der Technik in der EU bei der Behandlung von Rostasche vorgenommen und 2.) eine Optimierung der Nutzung der Feinfraktion in Labor- und Feldmaßstab untersucht.
Das Konsortium bestand aus zwei Universitäten aus Deutschland und Italien, der BAM als Forschungseinrichtung des Bundes und zwei Industriepartnern aus Deutschland und Schweden mit unterschiedlichen und spezifischen Fachkompetenzen.
Im Vortrag werden die Ergebnisse des weitgehend abgeschlossenen Projekts BASH-TREAT vorgestellt.
Here, we describe a fast and simple extraction method for the determination of per- and polyfluorinated alkyl substances (PFASs) utilizing extractable organic fluorine (EOF) sum parameter analysis and high resolution-continuum source-graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS) in soil samples. After extraction and separation of inorganic and organic fluorinated compounds, organically bound fluorinated compounds were indirectly determined via the molecular absorption of gallium mono-fluoride at 211.248 nm. The implementation of the decisions of the “Stockholm Convention on persistent organic pollutants” as well as the “Protocol on Persistent Organic Pollutants of the Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution” of the UNECE include the reduction respectively the elimination of PFASs in the environment. Currently, regulations aim to target single compounds (mostly C8-PFAS). But the PFAS group includes over 4700 substances, which are potentially persistent and toxic, thus target analytical approaches are not suitable for a holistic approach investigating the PFAS pollutant situation. Furthermore, forbidden PFASs are substituted by short-chain PFASs, thus the number of unknow substances is steadily increasing. For this reason, sum parameter approaches are more suitable to investigate and assess the pollution situation as well as derive exposure limits. Our developed analytical method was successfully applied to determine PFASs in soil samples from a polluted site. In view of steadily increasing numbers of PFAS substances, our method will make an important contribution in assessing the pollution situation as well as support policy makers in deriving exposure limits for PFAS in the future.
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.
Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung ist in der Bundesrepublik Deutschland seit Jahren rückläufig. Neben den Risiken durch Schadstoffeinträge gibt es in Deutschland Regionen mit einem stark erhöhten Nährstoffüberschuss. Um die Grundwasserbelastung zu verhindern wurde u.a. das Düngerecht verschärft, was die Flächenkonkurrenz zwischen Klärschlamm und Wirtschaftsdünger vergrößern wird.
Es ist davon auszugehen, dass sich die neuen Regelungen im Düngerecht und der Klärschlammverordnung massiv auf die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm und damit auf die Kreislaufwirtschaft verschiedener Nährstoffe auswirken werden. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse des Projekts extraWERT vorgestellt.
New developments in legislation and technology development for P-recovery were presented with focus on the situation in Germany.
Im Projekt extraWERT geht es um die Ermittlung von Nährstoffpotenzialen in Abwasser und Klärschlamm. Neben kommunalen Kläranlagen soll auch die Industrie als Quelle für nährstoffreiche Abfallströme betrachtet werden. Mit dem Vortrag sollten Mitglieder des MIV zu einer Projektbeteiligung bewegt werden. Es sollen rohes und gereinigtes Abwasser von direkt einleitenden Betrieben auf Makronährstoffe untersucht werden, neue Erkenntnisse werden insbesondere für die Nährstoffe Calcium und Magnesium erwartet.
Vorstellung des REFOPLAN-Projekts extraWERT Erhebung zusätzlicher Wertstoffpotenziale in Klärschlamm
(2019)
Auf dem Regionalgruppentreffen wurden erste Projektergebnisse vorgestellt und die Probenahmestrategie diskutiert. Vorgestellt wurde eine Rückberechnung der mittleren Wertstoffgehalte aus dem Klärschlamm-Monitoring 2014 (Krüger und Adam) und erste Auswertungen der Klärschlammbericht-Rohdaten aus NRW und Hessen.
For the European sewage sludge ash monitoring ash samples from sewage sludge incineration plants were requested from all over Europe. First results of the received samples regarding main and trace element contents were presented at ESPC4. Moreover, a list of all known European facilities for sewage sludge monoincineration was presented.
Analyseverfahren und Messhäufigkeit zur Bestimmung des Phosphorgehalts im Klärschlamm nach AbfKlärV
(2022)
Auf dem Betreiberforum der DWA-Plattform P-Rück wurden die Empfehlungen für den Vollzug der Phosphorrückgewinnungspflicht aus Klärschlamm vorgestellt. Diese Empfehlungen behandeln die Häufigkeit der Phosphoruntersuchungen im Klärschlamm, wo ein Jahresgang empfohlen wird und eine Empfehlung der Phosphorbestimmung über Aufschluss der Probe in der Mikrowelle und Messung mit ICP-OES. Untermauert wurden die Empfehlungen mit den Ergebnissen von Klärschlamm-Monitoring, Ringversuch und Analytikvergleich aus dem Vorhaben extraWERT.
In Deutschland ist ab 2029 eine Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm verpflichtend. Ausgenommen sind Klärschlämme mit weniger als 20 g P/kg TM. Für die Phosphorbestimmung sind verschiedene Methoden nach Klärschlammverordnung als gleichwertig zugelassen: Der Königswasseraufschluss in der Mikrowelle und am Rückfluss sowie die Messung an ICP-OES, ICP-MS und die photometrische Bestimmung mittels Ammoniummolybdaten. An der BAM wurden die unterschiedlichen Methodenkombinationen aus Aufschluss- und Messmethode an 15 Klärschlämmen überprüft und in einem Ringversuch mit einem Klärschlamm getestet. Die Ergebnisse werden in diesem Vortrag zusammengefasst. Als Folge der Untersuchungen wird für die Phosphorbestimmung in Klärschlamm die ICP-OES-Messung nach Königswasseraufschluss in der Mikrowelle empfohlen.
Der Vortrag liefert eine Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse des extraWERT-Vorhabens mit Schwerpunkt auf den Umsetzungsfragen zur Klärschlammverordnung. Bei diesen Punkten handelt es sich um die Untersuchung von monatlichen Phosphorschwankungen in kommunalem Klärschlamm und die Gleichwertigkeit verschiedener Verfahren zur Phosphorbestimmung in Klärschlamm.
Es wurden erste Ergebnisse des Projekts extraWERT vorgestellt. Im Projekt werden monatlich Klärschlammproben von 10 kommunalen Kläranlagen untersucht, deren P-Gehalt im Grenzbereich der AbfKlärV liegt zwischen 1,7 und 2,3%. Die ersten Ergebnisse lagen zu fünf Kläranlagen vor, es wurden Daten zum TS-Gehalt, zur oTS und zu den Nährstoffgehalten präsentiert.
Agricultural sewage sludge utilization becomes less important in Germany. In 2017, new fertilizer and waste laws caused the agricultural sewage sludge utilization to collapse by more than a quarter. From 2029, in German wastewater treatment plants (WWTPs) phosphorus (P) must be recovered from sewage sludge ifit contains more than 2 wt % P. Agricultural utilization will be prohibited for large WWTPs > 100,000 population equivalents (pe) from 2029 and > 50,000 pe from 2032. In Germany, each federal state must annually report amounts and quality of agriculturally utilized sewage sludge which was 17 % of the total disposal in 2019. The reports of 10 States were evaluated for 2016 and 2017 representing approx. 60 % ofthe total agriculturallyused sludge volume. Whereas phosphorus recovery is mandatory this does not apply to other nutrients. However, many P recovery processes recover other nutrients, too. Considering three differentscenariosfor future German sewage sludge disposal shows that 70 - 77 % ofthe P load in sewage sludge will probably be recovered in the future. At the same time, this applies for about 0 - 16 % of nitrogen, 36 - 52 % of calcium, 31-53 % of potassium, and 40 - 52 % of magnesium. However, these recovered nut rient loads can substitute only 1 % or less ofthe commercial fertilizer demand except from phosphorus which is about 45 % ofthe demand.
Die Ergebnisse des extraWERT-Vorhabens wurden Vertreter*innen des Umweltministeriums von Bund und Ländern vorgestellt und im Zusammenhang mit dem Vollzug der AbfKlärV diskutiert. Es ging um die Phosphorschwankungen in kommunalem Klärschlamm und eine Empfehlung der Untersuchungshäufigkeit, um den Phosphorgehalt rechtssicher festzustellen. Des weiteren wurde die Performance verschiedener nach Verordnung gleichwertiger Analyseverfahren für Phosphor in Klärschlamm diskutiert anhand von Ringversuchsergebnissen und Eigenuntersuchungen an 15 Klärschlammproben.
Gleichwertigkeit der nach AbfKlärV zulässigen Verfahren zur Phosphorbestimmung in Klärschlamm
(2021)
In dem Meeting wurde den Notifizierern und Ausrichtern des jährlichen länderübergreifenden Ringversuchs Klärschlamm die Ergebnisse zu Untersuchungen hinsichtlich der Gleichwertigkeit verschiedener nach AbfKlärV zulässiger Verfahren zur Phosphorbestimmung in Klärschlamm vorgestellt. Die Untersuchungen an 15 Klärschlammproben ergaben die höchsten Ergebnisse für das Messverfahren ICP-OES und das Aufschlussverfahren in der Mikrowelle. Diese Ergebnisse wurden im Ringversuch bestätigt.
Today glass is broadly used in modern architecture. For applications indoor it is possible to produce decor glass by using enamel colors and glass painting techniques without any problems. However, this is more limited for applications outdoor. Humidity and environmental pollution attack the surface of the coating and damage it strongly. There are only few colors on the market which are resistant towards acids and bases until now. Additionally, most of those colors are opaque. In order to extend the color palette, chemically resistant colored glasses are being developed which are transparent, relatively low melting and intensively toned even in thin coat thickness. To achieve such ambitious aim, many parameters have to match which act in complex manner. Metal oxides were used to color the glasses. A lead-free glass composition was developed to avoid an exposition of heavy metals to the environment. The glasses were characterized, in particular in terms of their thermal properties, their crystallization and corrosion behavior as well as their chemical and environmental durability. Different practical applications will be shown.
For centuries, churches, secular buildings and museums have been furnished with valuable works of art. Many works of art are UV- and light-sensitive. It is well known that especially UV radiation causes damage and discoloration in paintings, textiles, plastics, wood and other materials. In particular, the wavelengths between 280 and 410 nm cause color changes, embrittlement or destruction of e.g. plastics over time. Therefore, strongly UV-absorbing glasses are advantageous for architecture and are necessary for the protection of cultural assets. As restorers in all disciplines become more and more aware, the demands placed on buildings and their furnishings in terms of climate are becoming increasingly detailed and precise. The aim in each case is to preserve the valuable artwork.
For some years now, the industry has been offering the protection of cultural objects by installing special UV-protective glasses. Currently, UV protection for church buildings is realized by laminated safety glass equipped with appropriate UV-protective plastic films. Technically, this always means a second pane of glass in front of the windows, which is installed outside the building. This creates climatic gaps that are difficult to control and deterioration due to ageing effects can be expected. At the same time, this protective glazing is not invisible and has a considerable aesthetic influence on the interior and exterior appearance of the building. Meanwhile, the preservation of historical monuments accepts such aesthetic cuts on buildings in order to protect the artwork in the interior from UV light. To this day, however, the long-term durability of UV protection provided by inserted plastic films is still controversial.
To date the only available alternative on the market is a mouth-blown UV protection glass which uses a so-called overlay to provide UV protection. This shows that UV protection can also be achieved by glasses without plastic films thus realizing an exclusive inorganic protection which normally is more stable than a polymeric one. So far there are not enough studies to prove long-term durability.
The aim of this project is to provide existing glazing or new glazing to be created with a highly transparent layer that ensures this UV-protective filter function below 400 nm. The glass coating is to be applied to the glass over a large area and fired into the surface like a classic ceramic enamel paint with the same technics. In addition, it should be long-term durable in its function. It means, that the glass has to be fused at temperatures below 630 °C during the firing process, its chemical durability has to be high, its coefficient of thermal expansion has to be as close as the one of the substrate (usually float glass) and the glass has to absorb the UV-radiation within a thin thickness (thinner as 100 µm).
In this project, the long-term durability of commercial UV-protective glasses is examined. New low melting glasses containing UV-absorbing ions are being developed. Their UV-absorption as a thin layer is analyzed as well as their chemical durability and their thermal properties.
We are grateful to BMWI for the financial support in the frame of the Central Innovation Programme for SMEs (ZIM).
Measurements of aerosol particles are vital for enforcing EU air quality regulations to protect human health, and for research on climate change effects. Although metrics such as PM10 and PM2.5 are currently in use, the level of uncertainty of aerosol metrics is too high and the traceability is insufficient. The project AEROMET, which has been started in June 2017 aims at implementing improvements in a) the uncertainty of particle mass, size and number concentration measurements and b) in the characterization of regulated components in airborne particles. Both are demanded by existing networks within the EU as well as by global atmospheric research.
On-site measurement campaigns
One of the objects is the application of mobile x-ray spectroscopy techniques combined with aerosol sampling techniques for quantifying particle compositions in the field for real time analysis. During two in-field measurement campaigns in Budapest, Hungary in May 2018 and Cassino, Italy in September 2018 the size dependent mass concentrations of specific elements in ambient aerosols were monitored under dynamic conditions.
Typically, airborne particles are sampled on filter substrates. During this project new sampling methods with specially designed substrate holders for an in-situ TXRF analysis were developed and applied for the first time. This approach allows a direct time and size resolved analysis without laborious digestion steps and a reduced risk of contamination.
Aerosol particles were sampled in a 13-stage DLPI impactor - size range from 0,03 µm to 10 µm - which was equipped with special adapters for acrylic discs of 30 mm diameter, serving as substrates. TXRF analysis was performed on site with the transportable spectrometer S2 PICOFOX (Bruker Nano GmbH) equipped with a Mo X-ray tube and a 30 mm² Silicon Drift Detector (SDD). Excitation conditions were 50 kV, 600 µA, measurement time 1000 s. Quantification was based on internal standardization using 50 ng of Y in solution, which was pipetted into the centre of the discs prior to sampling.
At moderate air pollution levels, i.e. PM10 ~ 20 µg/m³, sampling times of less than 2 hours were enough for the detection of elements in different particle size bins. The in-situ approach and the high sensitivity of TXRF enables the observation of rather quick changes in the quantity and distribution of elements in an ambient aerosol on the day of sampling, as the below example from the Cassino field campaign on 11 Sept. 2018 shows: The analysis of the morning and afternoon sampling shifts reveals the occurrence of the elements Fe, Ca and Si in different size bins as well as their significant temporal change in respective mass concentrations over the day while the distributions of several other elements in the aerosol remain unchanged.
The validation of these results by backup measurements is planned.
Quantitative chemical analysis of airborne particulate matter (PM) is vital for the understanding of health effects in indoor and outdoor environments, as well as for enforcing air quality regulations. Typically, airborne particles are sampled over long time periods on filters, followed by lab-based analysis, e.g., with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Within the EURAMET EMPIR AEROMET project, cascade impactor aerosol sampling was combined for the first time with on-site total reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectroscopy to develop a tool for quantifying particle element compositions within short time intervals and even on-site. This makes variations of aerosol chemistry observable with time resolution of only a few hours and with good size resolution in the PM10 range. A proof of principles of this methodological approach and the comparison to standard methods within the scope of a field campaign will be presented. Secondly, aerosol sampling and TXRF analysis seems suitable for the quantification of elements in indoor aerosols as well and may provide an important enhancement of existing methods for the analysis of organic species in aerosols (such as sampling and TD-GC/MS). As an example, the TXRF analysis of particles emitted from laser printers under controlled conditions in an environmental test chamber will be presented.
Quantitative chemical analysis of airborne particulate matter (PM) is vital for the understanding of health effects in indoor and outdoor environments and required by EU air quality regulations. Typically, airborne particles are sampled on filters, followed by lab-based analysis, e.g., with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Within the EURAMET EMPIR AEROMET project, cascade impactor aerosol sampling was combined with on-site total reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectroscopy. The study aimed at a proof of principles for this new mobile and on-size tool for the quantification of aerosol element compositions and element mass concentrations within short time intervals of less than 12 h. In a field campaign the method’s technical feasibility could be demonstrated. The TXRF results were traced back to a stationary, reference-free XRS setup in the laboratory of the German national metrology institute PTB at the BESSY II electron storage ring in Berlin, Germany. Simultaneous PM10-filter sampling, followed by standardized lab-based analysis, allowed for a comparison of the field campaign data of both methods. As Fig. 1 shows, the correspondence between PM10 filter sampling and ICP-MS, and on the other hand, cascade impactor sampling and TXRF is quite encouraging. However, for some of the analysed elements, e.g. V and Pb, the observed deviations are higher than expected and this highlights the fact, that spectral deconvolution strategies for TXRF on cascade impactor samples still need some improvement.
This work was supported by the EMPIR programme, co-financed by the Participating States and from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme, through grant agreements 16ENV07 AEROMET and 19ENV08 AEROMET II
Microbiologically induced corrosion due to bacterial biofilms causes several problems in industrial systems, technical applications and in medicine. Prior to the formation of a biofilm on a substrate, planktonic cells attach on the surface. Hence, the properties of the surface play a key role in biofilm formation and are of great importance for the development of strategies to prevent bacterial attachment and biofilm formation.
This project aims at clarifying to which extent surface micro-/nanostructuring and chemical functionalization affects bacterial attachment and whether a synergistic combination of the two can be used to control bacterial adhesion. To answer these questions, model surfaces with regular patterns of 5-10 micrometers in size have been prepared, which provide distinct zones differing in terms of their chemistry or nano-roughness. This was achieved by micro contact printing of self-assembled monolayers with different functional groups and deposition of patterned ZnO nanorod arrays for studying the effect of surface chemistry and morphology, respectively. Typical contrasts studied were combinations of positively/negatively charged, hydrophobic/hydrophilic or flat/rough.
The attachment behavior of bacteria on tailored surfaces were studied in a flow chamber as a function of time. The strain Pseudomonas fluorescens SBW25 was chosen as a model organism. DNA-intercalating dyes such as Syto9 have a high affinity to adsorb on ZnO nanorods. To overcome this limitation a genetic modification was performed by introducing a gene which expresses a green fluorescent protein in P. fluorescens SBW25 enabling the quantitative evaluation of the flow chamber studies by means of fluorescence microscopy. Further analysis of the attachment behavior was performed by means of scanning electron microscopy.
The presentation will summarize the results of our systematic study on the role of individual parameters on bacterial attachment and highlight synergistic combinations, showing an inhibition or enhancing effect. As the investigations with model substrates enable a precise control of the surface parameters, this approach can be applied to different microorganisms and material systems to achieve a correlative description of bacterial adhesion on solid surfaces.
Die passive Probenahme von VOC (Volatile Organic Compounds) mit Tenax® TA und Thermodesorption GC/MS Analytik ist eine einfache, kosteneffiziente und repräsentative Methode zur Bestimmung der VOC-Konzentrationen in der Innenraumluft. In der Theorie ist die Stoffaufnahme in den Passivsammler nur abhängig vom Diffusionskoeffizienten der Substanz in Luft und der Geometrie des Sammlers (ideale Adsorption). Um sie zu charakterisieren, wird die Aufnahmerate (UR), definiert als Quotient der Massenaufnahme und dem Produkt aus Konzentration und Expositionszeit, verwendet. Viele effektive Aufnahmeraten (UR,eff) unterscheiden sich beträchtlich von idealen (theoretischen) Werten (UR,id). Literaturwerte sind in nationalen und internationalen Normen lediglich für bestimmte Expositionszeiten vorgegeben, während detaillierte Informationen über den zugehörigen Konzentrationsbereich fehlen. Außerdem ist die Anzahl der insgesamt in der Literatur beschriebenen Substanzen begrenzt. Das Ziel der vorgestellten Studie ist es diesen Fundus an Aufnahmeraten zu begutachten und zu prüfen und ihn durch die Bestimmung eigener qualitätsgesicherter Laborwerte zu ergänzen. Die bestimmten Aufnahmeraten werden als akkurat bezüglich ihrer relativen Standardabweichung und Vergleichbarkeit zu Literaturwerten betrachtet und können für Expositionszeiten von 7 Tagen bei Konzentrationen von 50 100 µg/m³ (ca. 100 300 ppm min) empfohlen werden. Die Sieben Tage Aufnahmeraten aus ISO16017 2 und ASTM D6196 sind nicht generell für diesen Zweck geeignet, wie exemplarisch für Benzol gezeigt wurde.
Axial passive sampling of VOCs with Tenax® TA and thermal desorption GC-MS analysis is an accepted alternative to active sampling in occupational hygiene. In theory, the uptake into the passive sampler is only dependent on the diffusion coefficient of the analyte in air and the geometry of the sampler (ideal adsorption). For characterization, the uptake rate (UR) is used defined as the ratio of the mass adsorbed and the product of ambient concentration and exposure time. Various reported effective uptake rates (UR,eff) differ to an increasing degree from ideal values (UR,id) with increasing exposure doses (denominator of the given definition of UR), (Tolnai, 2001). In national and international standards, uptake rates are essentially sorted by the applicable exposure time, while detailed information about the corresponding concentration range is lacking. Moreover, especially for long exposure periods as applied in indoor air monitoring, the number of itemized substances is limited. Therefore it is the aim of this contribution to review and expand uptake rate data by comparison of literature and own laboratory values of assured quality. Passive samplers were exposed to nine single compound atmospheres of known concentrations for seven days. Concentrations were checked twice a day via active sampling.The determined uptake rates are considered accurate in terms of RSD and comparability to literature values and can be recommended for exposure times of seven days at 50 – 100 μg m-3 (approximately 100 – 300 ppm min). Seven-day uptake rates in ISO16017-2 and ASTM D6196 are not generally suited for this purpose, as has been exemplarily shown for benzene. Thus, it is crucial for optimization of the method to produce more reliable uptake rate data, including specific information about applicable exposure times and concentrations, which will be promoted in the course of this ongoing study.
Fungi that share light-flooded habitats with phototrophs may profit from their excess photosynthetic products. Sunlight-associated stresses are however multiple: high temperatures, UV radiation with associated DNA damage, accumulation of reactive oxygen species (ROS), desiccation and osmotic stresses. Ascomycota dominating light-flooded habitats accurately sense and respond to changes in light using it as a cue to coordinate growth, stress responses as well as to establish pathogenic or symbiotic relationships. Two species from two light-flooded habitats – phyllosphere and sun-exposed solid surfaces – were analysed for their photoreceptor distribution.
In both habitats phototroph-associated and black [dihydroxynaphthalene (DHN) melanin-containing] fungi are prevalent. This diversity was sampled with the plant-associated fungus Botrytis cinerea (Leotiomycetes), while Knufia petricola (Eurotiomycetes) was included as a typical biofilm-former on sun-exposed solid surfaces e.g. rocks, building facades, roofs, and solar panels. The analysis has shown that genomes of black fungi contain more photoreceptors than animal pathogens and saprophytes such as Aspergillus nidulans and Neurospora crassa1,2. B. cinerea that causes the grey mould disease by infecting the above-ground parts of more than 200 dicots has a highly sophisticated photosensory and signalling system that helps to avoid light and to locate susceptible hosts1.
Rock-inhabiting Dothideomycetes and Eurotiomycetes including Knufia petricola possess equal numbers of photoreceptors along with the same set of protective metabolites i.e. melanin, carotenoids and mycosporines2. This similarity between black fungi from plant and rock surfaces suggests that photoperception and -regulation are important for sun-stressed fungi that receive nutrients through cooperation with phototrophs. CRISPR/Cas9-based genetic tools for manipulating K. petricola were established3 and are currently used for elucidating the functions of the different photoreceptors in the biology of rock-inhabiting fungi.
This work was supported by the grant SCHU 2833/4-1 from the German Research Foundation (DFG) and internal funds of the BAM.
Sunlight is an almost unavoidable environmental cue and plays a fundamental role in the biology of pro- and eukaryotic organisms. To cope with sunlight-associated stresses e.g., high temperatures, UV radiation with associated DNA damage, accumulation of reactive oxygen species (ROS), desiccation and osmotic stresses, it is important for organisms to accurately sense and respond to changes in light. The benefits of light are obvious for green organisms such as cyanobacteria, algae and plants which use light as an energy source (photosynthesis). Less apparent are other light-dependent processes such as light-driven DNA repair by photolyases (photoreactivation) or ion pumping by microbial opsins. Fungi that can share light-flooded habitats with phototrophs may profit from their excess photosynthetic products. Rock-inhabiting Dothideomycetes and Eurotiomycetes including Knufia petricola possess many proteins for absorbing UV/blue, green, red and far-red light, produce the black 1,8 dihydroxynaphthalene (DHN) melanin and orange-red carotenoids, and may live in multispecies biofilms. Here, we are addressing the question to which extent constitutive pigment formation (melanin and carotenoids) and responses mediated by the stress-activated mitogen-activated protein (MAP) kinase contribute to the observed light (UV-B) tolerance of K. petricola.
Sunlight is an almost unavoidable environmental cue and plays a fundamental role in the biology of pro- and eukaryotic organisms. To cope with sunlight-associated stresses e.g., high temperatures, UV radiation, accumulation of reactive oxygen species, desiccation, and osmotic stress, it is important for organisms to accurately sense and respond to changes in light. The benefits of light are obvious for green organisms such as cyanobacteria, algae and plants which use light as an energy source (photosynthesis). Fungi that can share light-flooded habitats with phototrophs may profit from their excess photosynthetic products. Examples are the plant pathogen Botrytis cinerea, the gray mold fungus, and the rock inhabitant Knufia petricola, a microcolonial black fungus which forms multispecies biofilms with bacteria and algae.
Fungi that share light-flooded habitats with phototrophs may profit from excess photosynthetic products. But to cope with sunlight-associated stresses it is important for fungi to accurately sense and respond to changes in light. To test the hypothesis that light is an environmental cue that Ascomycota use to coordinate growth, stress responses as well as to establish pathogenic or symbiotic relationships, the photoreceptor (PR) distribution in species from different ecological niches was analysed. The genomes of black fungi from phyllosphere and exposed solid surfaces contain multiple photoreceptors (PRs). The filamentous foliar plant pathogen Botrytis cinerea (Leotiomycetes) has a highly sophisticated photosensory and signalling system that helps to avoid light and to locate susceptible hosts. Rock-inhabiting Dothideo- and Eurotiomycetes including Knufia petricola possess equal numbers of PRs along with the same set of protective pigments. This similarity between black fungi from plant and rock surfaces suggests that photoperception and photoregulation are important for fungi that avoid loss of energy and nutrients through cooperation with phototrophs.
Fungi that share light-flooded habitats with phototrophs may profit from excess photosynthetic products. But to cope with sunlight-associated stresses it is important for fungi to accurately sense and respond to changes in light. To test the hypothesis that light is an environmental cue that Ascomycota use to coordinate growth, stress responses as well as to establish pathogenic or symbiotic relationships, the photoreceptor (PR) distribution in species from different ecological niches was analysed. The genomes of black fungi from phyllosphere and exposed solid surfaces contain multiple photoreceptors (PRs). The filamentous foliar plant pathogen Botrytis cinerea (Leotiomycetes) has a highly sophisticated photosensory and signalling system that helps to avoid light and to locate susceptible hosts. Rock-inhabiting Dothideo- and Eurotiomycetes including Knufia petricola possess equal numbers of PRs along with the same set of protective pigments. This similarity between black fungi from plant and rock surfaces suggests that photoperception and photoregulation are important for fungi that avoid loss of energy and nutrients through cooperation with phototrophs.
The exponential rise in the number of fungal genomes sequenced by next-generation sequencing techniques makes it necessary to increase efforts to correctly annotate and assign gene functions. There are two possibilities to explore a genome and its gene functions. The hypothesis-based method proves the function of already existing gene/allele candidates by targeted mutagenesis - so called reverse genetics. The basis of forward genetics approaches is the random mutagenesis of the genome, followed by screening of obtained mutants for the phenotype of interest, and identification of the mutated genes in the respective mutants. This strategy is hypothesis-generating, means it is necessary to verify the relationship between the detected mutations and the observed phenotype by targeted mutagenesis of the identified gene. We developed a toolbox for editing the genome of the rock inhabitant Knufia petricola [Eurotiomycetes, Chaetothyriales] that allows the study of the phenotypic characteristics of black fungi such as the regulation of pigment synthesis, general stress responses, oligotrophy, and the unusual modes of cell division by advanced reverse and forward genetics approaches. The toolbox includes the annotated genome sequence of strain A95, efficient strategies for CRISPR/Cas9-based genome editing and live-cell imaging using genetically encoded fluorescent proteins, as well as protocols for -omics approaches and for simulation of mineral weathering. A forward genetics approach using transposon mutagenesis is currently developed for identifying essential genes. The established protocols and knowledge gained from K. petricola form a starting point for making other fungi from extreme environments accessible to genetic manipulation.