Preisträger der 23. Ausschreibung des Sparkassenpreises

Dr. Petra Huttenloch

Neue Sorptionsmedien für die Grundwassersanierung mit Reaktiven Wänden

 

Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue Materialien für die Sanierung schadstoffbelasteter Grundwässer neu entwickelt und für den Einsatz in Reaktiven Wänden bewertet. Reaktive Wände sind durchlässige Bauwerke, die quer zum Grundwasserabstrom eines Schadstoffherdes in den Untergrund eingebaut werden. Das kontaminierte Grundwasser fließt infolge des natürlichen hydraulischen Gefälles, d. h. ohne zusätzliche Energiezufuhr, durch das Material der Wand, das die Schadstoffe bindet oder abbaut und so aus dem Grundwasser entfernt. Die Wahl eines geeigneten reaktiven Materials hängt von der Art der Schadstoffe ab. Zur Entfernung von Schwermetallen (Quecksilber, Kupfer und Zink) aus wässriger Lösung wurden Zeolithe und elementares Kupfer (in Form von Recycling-Spänen) getestet. Zur Behandlung organischer Schadstoffe (poly-aromatische Kohlenwasserstoffe) wurden oberflächenmodifizierte Materialien eingesetzt, welche durch die Entwicklung eines geeigneten chemischen Verfahrens ausgehend von natürlichen Materialien (Zeolithe und Diatomite) hergestellt werden. Alle in der vorliegenden Arbeit untersuchten Materialien stellen innovative Sorptionsmedien für den Einsatz in Reaktiven Wänden oder anderen Grundwasser- oder Abwasserreinigungsverfahren dar. Insbesondere das elementare Kupfer zeigt eine hohe Effizienz für quecksilberkontaminierte Wässer, wodurch eine völlig neue Methode für die Grundwassersanierung entwickelt werden konnte. Die chemische Modifizierung natürlicher Materialoberflächen bietet einen Ansatz für die Entfernung organischer aromatischer Schadstoffe aus belastetem Grundwasser.

Preisgeld: 5.000 € für Dr. Petra Huttenloch - Dissertation

Dr.-Ing. Daniel Schmitt

Charakterisierung der Bindung von Metallionen an natürliche organische Substanzen und deren Auswirkungen auf Adsorption und Transport

Die Verteilung von Schwermetallen in aquatischen Systemen ist ein Basisphänomen, das durch die Industrialisierung eine besondere ökologische Bedeutung erlangt hat. Für das Verständnis der dabei entscheidenden Vorgänge ist die Kenntnis der Dynamik des Metalltransports und seiner Beeinflussbarkeit wichtig. Adsorptions- und Desorptionsprozesse einerseits und die aus Komplexbildung resultierenden Bindungsformen andererseits sind hierbei von maßgeblichem Einfluss. Mit zu den bedeutendsten Liganden für die Interaktion mit Metallionen zählt die natürliche organische Materie (NOM), ein Stoffgemisch, das Licht und UV-Strahlen absorbiert und biologisch relativ schlecht ab- und umbaubar ist. Der komplexen Struktur steht eine in vielfacher Richtung zuverlässig quantifizierbare Funktionalität gegenüber. Herr Schmitt hat sich die Arbeit gewählt, um die Auswirkungen von NOM auf die Adsorption und den Transport von Metallionen in aquatischen Systemen systematisch zu untersuchen. Es gelang ihm, durch die Typisierung der umweltrelevanten Metallverbindungen ihre Wanderung in Grundwasserleitern zu beschreiben. Durch Modellrechnungen lassen sich die experimentell erhobenen Werte für die Vorhersage von Kontaminationen im Grundwasser sowie für die Planung technischer Sanierungsmaßnahmen und Schutzkonzepte nutzen.

Preisgeld: 3.000 € für Dr.-Ing. Daniel Schmitt - Dissertation

Dr.-Ing. Steffen Klensch

Verhalten von Schwermetallen bei der thermischen Umwandlung von Sägespänen im Flugstrom

Die energetische Verwendung von Biomasse wird leichthin als "CO2-neutral" bezeichnet. Bei dieser Beurteilung werden nicht nur die energetischen Aufwendungen für Anbau, Ernte Transport und Verarbeitung vernachlässigt, sondern als weiterer Aspekt auch die notwendige Düngung der Anbauflächen. Im Angesicht dieses zweiten Aspekts hat Herr Klensch sich mit seiner Arbeit das Ziel gesetzt, die Hauptverfahren der energetischen Verwendung von Biomasse, die Verbrennung und die Vergasung, auf die Möglichkeit hin zu untersuchen, die bei ihnen anfallenden Rückstände wieder als Dünger auf die Anbaufläche zurückzuführen. Als Dünger steht das Element Kalium im Vordergrund, das möglichst in einer Rückstandsfraktion angereichert werden sollte. Nach aller Vorkenntnis sollte die Flugasche die prädestinierte Rückstandsfraktion für diesfen Zweck sein. Als Randbedingung war zu fordern, dass diese Fraktion dann aber arm an Schwermetallen sein sollte, weil deren Rückführung aus pflanzenphysiologischen Gründen unerwünscht ist. Herr Klensch ist es durch aufwändige Versuche in einer Technikumsanlage (Einsatzstrom an Biomasse ca. 6 kg/h) wie auch durch ausführliche thermodynamische Betrachtungen gelungen, Verfahrensführungen zu finden, mit denen beide Anforderungen, Anreicherung des Kaliums, Abreicherung der Schwermetalle in der Flugasche, einhaltbar sind. Das kennzeichnende dieser Verfahrensführung ist die Abfiltration der Flugasche bei hoher Temperatur, bei der die Schwermetalle noch nicht kondensieren. Die notwendige Filtrationstemperatur liegt an der Grenze der Einsetzbarkeit heutiger keramischer Filterelemente.

Preisgeld: 2.000 € für Dr.-Ing. Steffen Klensch - Dissertation