Über UnS
Das Fachgebiet “Umweltanalytik und Schadstoffe (US)“ befasst sich im Rahmen der Forschung und Lehre mit den chemischen und physikalisch-chemischen Prozessen und dem Verhalten von Schadstoffen in der aquatischen Umwelt 1-10. Dieses Thema gliedert sich in drei Teilbereiche (s. Abbildung 1): A. Bestimmung von Schadstoffen in der aquatischen Umwelt B. Transformations- und Desinfektionsprozesse C. Machbarkeitsstudien
Bestimmung von Schadstoffen in der aquatischen Umwelt
Von den über 150 Mio. bekannten anthropogenen Stoffen können ca. 100.000 in die aquatische Umwelt gelangen. Das stellt Praxis und Forschung der Analytischen Chemie vor enorme Herausforderungen, die durch eine stetig wachsende Zahl von anthropogenen Stoffen weiter verschärft wird. Schadstoffe gelangen über Abwasser, Agrarwirtschaft und durch bauliche Strukturen städtischer Räume (z. B. Gebäude- und Verkehrsstrukturen) in die aquatische Umwelt. Das Fachgenbiet Umweltanalytik und Schadstoffe befasst sich mit dem Vorkommen von Schadstoffen und deren Transformation, die zur Bildung ungewünschter Produkte führen kann. Dabei werden verschiedene chromatographische Methoden wie LC, IC und GC in Verbindung mit online Anreicherung und verschiedenen Detektoren wie MS-MS und Nachsäulenreaktion verwendet.
Transformations- und Desinfektionsprozesse
Beim „Abbau von Schadstoffen“ kommt es weder in natürlichen noch in technischen Systemen zu einer Mineralisierung, sondern zu der Bildung von Produkten. In vielen Fällen führt die Transformation von Schadstoffen zu einer „Entfernung“ der unerwünschten Eigenschaften, wie Toxizität, Geruch, Geschmack oder Farbe. In Einzelfällen kann es aber auch zu einer Verstärkung von unerwünschten Moleküleigenschaften kommen. Aufgrund der großen Zahl der zu untersuchenden Stoffe ist es wichtig durch grundlegende Untersuchungen das Verständnis über die Reaktionsmechanismen zu erweitern um Vorhersagen zum Verhalten „neuer“ Schadstoffe machen zu können. Transformationsprozesse finden sowohl in der aquatischen Umwelt (z.B. Photo-oxidation) als auch in technischen Prozessen, z.B. in der oxidativen Wasseraufbereitung mittels Ozon, Chlor oder Chlordioxid statt. Bei diesen Transformationen initiiert der primären Angriff eines Oxidationsmittels (z.B. Ozon) eine Kaskade von Nachfolgereaktionen die schließlich zur Bildung „messbarer“ Produkte führt. Der dabei zugrundeliegende Mechanismus hängt sowohl von den Edukten als auch von anderen Faktoren wie Sauerstoff, pH, organisches Material und Halogeniden (vor allem Bromid) ab. Ein Beispiel ist die Anwendung von Chlordioxid, welches mit natürlichem organischen Material unter Bildung von freiem Chlor reagiert. Freies Chlor wiederum kann, in Anwesenheit von Bromid, freies Brom bilden und alle drei Oxidationsmittel (Chlordioxid, freies Chlor und freies Brom) können an dem Abbau von Schadstoffen beteiligt sein 8. Fundierte Kenntnisse zu diesen Prozessen, unter Einbezug der Wassermatrix als Reaktionspartner, sind wichtig um Informationen aus definierten Reinstwasser-Versuchen in die Praxis der Wasseraufbereitung zu übertragen.
Diese komplexen Vorgänge finden auch bei der Reaktion von Oxidationsmitteln mit biologischen Systemen etwa bei der Desinfektion statt. Dabei ist es denkbar, dass die Reaktion von Oxidationsmitteln mit Strukturen von Pathogenen zur Bildung von sekundären Oxidationsmitteln und anderen Zelltoxischen Produkten führt, die zu der Inaktivierung von Pathogenen beitragen können. Über die Reaktion von Oxidationsmitteln mit Biomolekülen in Pathogenen (z.B. Membraneinheiten, Proteine und Erbgut) ist sehr wenig bekannt und wird im Fachgebiet Umweltanalytik und Schadstoffe untersucht.
Machbarkeitsstudien
Durch die Zusammenarbeit mit dem IWW Zentrum Wasser und der Universität Duisburg-Essen werden verschiedene Praxisprojekte der oxidativen Trink- und Abwasseraufbereitung durchgeführt. Diese Projekte beinhalteten die Bewertung des Schadstoffabbaus, der Desinfektion, der Bildung ungewünschter Nebenprodukte und des Energieverbrauchs.
Literature