RUSEKU

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

Im Projekt sollen repräsentative Untersuchungsverfahren und -strategien für ein integratives Systemverständnis von relevanten Kunststoffeintragspfaden in das Umweltkompartiment Wasser entwickelt werden.

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

Neben dem akademischen Verständnis von MPEintragsquellen, -ursachen und -pfaden sollen in Zusammenarbeit mit den beteiligten Firmen marktreife Verfahren zur effizienten MP-Probenentnahme entwickelt werden, 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

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 erfolgt 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) werden 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 tragen 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 werden in der Fließgewässersimulationsanlage am UBA effiziente, zuverlässige und reproduzierbare Probenentnahmeverfahren und -strategien für die MP Modellpartikel unterschiedlicher Sorten, Dichten, Größen und Formen erarbeitet. Es wird deren Einsatzfähigkeit und Reproduzierbarkeit auch im Routinebetrieb untersucht sowie eine Bewertung der Verfahren durch Experimente mit Wiederfindungsraten vorgenommen. Die einzelnen Projektpartner optimieren 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 Arbeitspaket 2 werden mit begleitenden Simulationen unterstützt. Diese Simulationen resultieren in einer Beschreibung der vertikalen Verteilungen von Spheroiden bei unterschiedlichen Partikelgrößen und -formen in einem turbulenten Oberflächengewässer oder der Fließgewässersimulationsanlage. Die Modelle und Ergebnisse werden in eine Software integriert, die geometrisch-komplexe, anwendungsnahe Fälle simuliert. Aus den Simulationsergebnissen wird eine Probeentnahmestrategie abgeleitet. Relevante Materialparameter der Partikel wie Größenverteilung, reale Dichte oder Oberflächeneigenschaften aus Arbeitspaket 1 ebenso wie von Partnern aus Arbeitspaket 5 werden 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 werden die Erkenntnisse zur Probenentnahme aus Arbeitspaket 2 umgesetzt und methodisch weiterentwickelt. Weitere Arbeitsschwerpunkte sind die Probenaufbereitung und -konservierung zur Bewertung der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Probenentnahmestrategien. Die Untersuchungen konzentrieren 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. Ulrike Braun, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Fachbereich 5.3 Mechanik der Polymerwerkstoffe, Unter den Eichen 87, 12205 Berlin, E-Mail: ulrike.braun@bam.de

Projektpartner

CSP, TUM, FHI

Kurzbeschreibung

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

Fallstudien

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

Außerdem soll im Grenzbereich zu vergleichbaren Beprobungsorten auch eine Beprobung von Luft erfolgen. Hier sind jedoch Standorte in Berlin und im Großraum Halle/Leipzig eingeplant. Die geplanten Lysimeterversuche werden in Berlin durchgeführt und lassen so eine Bewertung der Grundwasserneubildung in Berlin und Brandenburg zu.

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