RUSEKU

KALEH — Tue, 19 Dec 2017 15:00:50 +0000

RUSEKU KALEH Di, 12/19/2017 - 16:00

Repräsentative Untersuchungsstrategien für ein integratives Systemverständnis von spezifischen Einträgen von Kunststoffen in die Umwelt

Ziel des Projekts war die Entwicklung repräsentativer Untersuchungsverfahren und -strategien für ein integratives Systemverständnis von relevanten Kunststoffeintragspfaden in das Umweltkompartiment Wasser.

Die zu entwickelnden Probenentnahmeverfahren wurden hinsichtlich ihres Anreicherungskonzeptes, ihres örtlichen Einsatzes, ihres Beprobungsdurchsatzes und ihrer Selektivität für Partikel verschiedener Eigenschaften, Größen und Formen bewertet. Dazu wurden definierte Mikroplastik (MP)-Partikel realitätsnah hergestellt und für die Probeentnahmeverfahren im Labor und in halbtechnischen Simulationsanlagen hinsichtlich einer repräsentativen Wiederfindung getestet. Die so entwickelten Verfahren wurden in spezifische Untersuchungsstrategien überführt und an reale Umweltkompartimente für unterschiedliche Transportpfade im urbanen Abwassersystem angepasst - mit Hilfe unterstützender Simulationsverfahren - und eingesetzt.

Neben dem akademischen Verständnis von MP-Eintragsquellen, -ursachen und -pfaden wurden in Zusammenarbeit mit den beteiligten Firmen marktreife Verfahren zur effizienten MP-Probenentnahme entwickelt, welche eine Grundlage für die Bewertung durch den Gesetzgeber und für die Normung bilden.

Arbeitsschwerpunkte

Entwicklung von effizienten, integrativ repräsentativen Untersuchungsverfahren und -strategien (Genauigkeit, Wiederholbarkeit, Übertragbarkeit) zur Bestimmung relevanter MP-Gehalte über die verschiedenen Bereiche des Wasserkreislaufes
Etablierung von zielorientierten, analytischen Methoden zur Detektion der MP-Partikel nach praxisnahen Aspekten
Simulationen zur Dynamik von Partikeln in Gewässern im halbtechnischen Laborversuch
Weiterentwicklung der Probenentnahme zur Quantifizierung des MP-Aufkommens und -Transports im realen, urbanen Abwassersystem für die Abwasserfraktionen Niederschlagswasser, häusliches Schmutzwasser und betriebliches Schmutzwasser
Generierung eines Simulationscodes zur Dynamik von MP-Partikeln in Gewässern

Arbeitspakete

AP 1 Herstellung von MP und MP-Suspensionen

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Michael Gehde, Technische Universität Chemnitz, Institut für Fördertechnik und Kunststoffe, Reichenhainer Straße 70, 09126 Chemnitz, E-Mail: michael.gehde@mb.tu-chemnitz.de

Projektpartner

BAM, TUB, PlasticsEurope

Kurzbeschreibung

Zunächst erfolgte die Entwicklung und Bereitstellung von definierten, heterogenen MP-Gemischen für die Umweltkompartimente Wasser und Boden. Nach der anfänglichen Verwendung von vorhandenen Materialien (u.a. Partikel aus Kryomahlung, kommerzielle Produkte) wurden während der Projektlaufzeit Anlagen zur realitätsnahen und definierten Herstellung von MP-Partikeln aufgebaut: UV-Degradationsanlagen für dünnwandige, definierte Materialien, trockene oder wässrige mechanische Abrasionsanlagen für Fasern aus textilen Anwendungen sowie Abriebsimulationsanlagen zur Generierung von sphärischen Partikeln. Unter Einbringung ihrer analytischen Verfahren trugen die weiteren Projektpartner zur Charakterisierung dieser Modellmaterialien bei.

AP 2 Entwicklung von Methoden zur Probenentnahme

Ansprechpartner

Dr. Claus Gerhard Bannick, Umweltbundesamt, Corrensplatz 1, 14195 Berlin, E-Mail: claus-gerhard.bannick@uba.de

Projektpartner

UGT, CSP, SMB, TUK, GEA, GKD, SVEI

Kurzbeschreibung

Im Arbeitspaket 2 wurden in der Fließgewässersimulationsanlage am UBA effiziente, zuverlässige und reproduzierbare Probenentnahmeverfahren und -strategien für die MP Modellpartikel unterschiedlicher Sorten, Dichten, Größen und Formen erarbeitet. Es wurde deren Einsatzfähigkeit und Reproduzierbarkeit auch im Routinebetrieb untersucht sowie eine Bewertung der Verfahren durch Experimente mit Wiederfindungsraten vorgenommen. Die einzelnen Projektpartner optimierten ihre analytischen Verfahren: vom Einsatz der konventionellen Durchflusszentrifuge über die Kaskaden-Filtrationsanlage, Schwebstofffallen, hydrodynamische Modellierungen sowie Lysimeterversuche bis zur Kontrolle eines möglichen Eintrages in das Grundwasser.

AP 3 Simulationen

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Michael Manhart, Technische Universität München, Fachgebiet Hydrodynamik, Arcisstraße 21, 80333 München, E-Mail: m.manhart@bv.tum.de

Projektpartner

KMT

Kurzbeschreibung

Die methodischen Entwicklungen aus AP 2 wurden mit begleitenden Simulationen unterstützt. Diese Simulationen resultierten in einer Beschreibung der vertikalen Verteilungen von Spheroiden bei unterschiedlichen Partikelgrößen und -formen in einem turbulenten Oberflächengewässer oder der Fließgewässersimulationsanlage. Die Modelle und Ergebnisse wurden in eine Software integriert, die geometrisch-komplexe, anwendungsnahe Fälle simuliert. Aus den Simulationsergebnissen wurde eine Probeentnahmestrategie abgeleitet. Relevante Materialparameter der Partikel wie Größenverteilung, reale Dichte oder Oberflächeneigenschaften aus AP 1 ebenso wie von Partnern aus AP 5 wurden eingepflegt.

AP 4 Beprobung Reales Umweltkompartiment

Ansprechpartnerin

Prof. Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz, Technische Universität Kaiserslautern, Institut Wasser Infrastruktur Ressourcen, Paul-Ehrlich-Straße 14, 67663 Kaiserslautern, E-Mail: heidrun.steinmetz@bauing.uni-kl.de

Projektpartner

UBA, TUM, KMT

Kurzbeschreibung

Arbeitsschwerpunkt ist die Quantifizierung des MP-Aufkommens und -Transports im realen, urbanen Abwassersystem für die Abwasserfraktionen Niederschlagswasser, häusliches Schmutzwasser (Teilströme Grau- und Schwarzwasser), betriebliches Schmutzwasser und Mischabwasser. Dabei wurden die Erkenntnisse zur Probenentnahme aus AP 2 umgesetzt und methodisch weiterentwickelt. Weitere Arbeitsschwerpunkte waren die Probenaufbereitung und -konservierung zur Bewertung der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Probenentnahmestrategien. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die Mengen und die Bedeutung der MP-Aufkommen in den einzelnen Eintragspfaden des urbanen Abwassersystems im Umweltkompartiment Gewässer.

AP 5 Analytik

Ansprechpartnerin

Dr. Korinna Altmann, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Fachbereich 5.3 Mechanik der Polymerwerkstoffe, Unter den Eichen 87, 12205 Berlin, E-Mail: korinna.altmann@bam.de

Projektpartner

CSP, TUM, FHI

Kurzbeschreibung

Die angewendete Analytik in den einzelnen Arbeitspaketen orientierte sich an den Voraussetzungen für die Probenbereitstellung und die analytischen Verfahren sowie an der zu generierenden, notwendigen Information, nicht an der prinzipiellen Machbarkeit. AP 5 diente dem intensiven Austausch der mit komplementären analytischen Methoden generierten Ergebnisse. Außerdem wurden die jeweiligen Methoden, gestützt durch die Ergebnisse der anderen Projektpartner, weiter verfeinert und angepasst.

Fallstudien

Als reales Umweltkompartiment wurden einzelne Komponenten das Abwassersystems der Stadt Kaiserslautern untersucht. Konkret wurden hier Niederschlagswasser auf Siedlungs- und Verkehrsflächen sowie häusliches und betriebliches Abwasser beprobt.

Außerdem erfolgte im Grenzbereich zu vergleichbaren Beprobungsorten auch eine Beprobung von Luft an Standorten in Berlin und im Großraum Halle/Leipzig. Die geplanten Lysimeterversuche wurden in Berlin durchgeführt und lassen so eine Bewertung der Grundwasserneubildung in Berlin und Brandenburg zu.

Koordinator

Dr. Korinna Altmann
Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung / BAM
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
Tel.: +49 30 8104-4305
E-Mail: korinna.altmann@bam.de

Website

https://netzwerke.bam.de/ruseku

Partnerinstitutionen

Umweltbundesamt / UBA

Technische Universität Chemnitz / TUC

Fraunhofer-Center für Silizium- Photovoltaik / CSP

Technische Universität Kaiserslautern / TUK

Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft / FHI

Technische Universität München / TUM

Technische Universität Berlin / TUB

SmartMembranes GmbH / SMB

Kreuzinger und Manhart Turbulenz GmbH / KMT