Technische Umweltchemie: Innovative Verfahren der Reinigung verschiedener Umweltkompartimente

Technische Umweltchemie......Page 5
Inhaltsverzeichnis......Page 11
1.1 Geschichte der Umweltchemie......Page 17
1.1.1 Chemie als Quelle umweltwissenschaftlicher Erkenntnisse......Page 18
1.1.2 Chemisch-physikalische Analytik, Modellbau und ökotoxikologische Verfahren in den integrativen Umweltwissenschaften......Page 23
1.1.3 Stoffe und Quellen......Page 30
1.1.4 Transport und Umwandlung von Umweltchemikalien......Page 36
1.1.5 Reaktion und Wirkung......Page 38
1.1.5.2 Lipophilie, Anreicherung und Toxizität: Wirkprinzip und Schadensursache bei Organozinnverbindungen......Page 40
1.1.5.3 Der Schwermetallbegriff und seine chemisch-toxikologischen Folgerungen......Page 41
1.1.5.4 QSAR, Pharmakologie und umweltchemische Anwendungen der Reaktionsprinzipien......Page 42
1.1.6.1 Leben als determinierender Faktor geochemischer Prozesse......Page 43
1.1.6.2 Bedingungen und Essentialität......Page 48
1.1.7 Von der Spurenanalytik zum Prozessverständnis......Page 52
1.1.8 Kybernetische Modellkonzepte in Chemie und Ökologie......Page 54
1.1.9 Ausblick für zukünftige Lehre und Forschung in den Umweltwissenschaften......Page 56
1.2 Aufgabenstellung der Technischen Umweltchemie......Page 57
2.1 Die Erde im Vergleich zu anderen Körpern des Sonnensystems......Page 61
2.2 Eigenschaften und Reinigungsoptionen der irdischen Umweltkompartimente......Page 64
2.2.1.1 Reaktorkonzept und Atmosphäre......Page 65
2.2.1.2 Struktur und Schichtung der Atmosphäre......Page 68
2.2.1.3 Das Reaktorprinzip der Atmosphäre: die Rolle hoch reaktiver Spezies......Page 71
2.2.1.4 Chemische Besonderheiten: saure und gut wasserlösliche Atmosphärengase......Page 72
2.2.1.5 Luft als Mehrphasensystem......Page 75
2.2.1.6 Katalytische Prozesse in der Atmosphäre......Page 76
2.2.1.8 Schlussfolgerungen der Luftreinhaltung......Page 79
2.2.2 Wasser......Page 80
2.2.2.1 Wasser als Medium: Dichte, optische und thermische Eigenschaften und Einflüsse auf die Biologie......Page 81
2.2.2.2 Chemische Eigenschaften und deren Varianz......Page 83
2.2.2.3 Wasser als Mehrphasensystem......Page 84
2.2.2.4 Süßwasser, Meerwasser, osmotischer Druck, Redoxzustände und Biologie......Page 85
2.2.2.5 Nichtgleichgewichtszustände zwischen unterschiedlichen Wasserzonen oder -schichten als Triebkraft für Chemie, Biologie und Stoffabscheidung......Page 88
2.2.2.6 Biogeochemische Kreisläufe in Wasser, Stöchiometrische Ökologie und Auslegung/Prozessführung biotechnologischer Wasserreinigungssysteme......Page 89
2.2.3 Boden und Grundwasserleiter......Page 91
2.2.3.1 Boden als Mehrphasensystem......Page 93
2.2.3.2 Wichtige chemische Eigenschaften von Böden......Page 94
2.2.3.4 Gradientenbildung im Boden......Page 95
2.2.3.5 Störungen der Bodenentwicklung......Page 97
2.2.3.6 Schlussfolgerungen für die Bodensanierung......Page 98
2.2.4 Vergleich der Umweltkompartimente: Phasenzusammensetzung, Mischbarkeit mit bestimmten Reaktanden oder Kontaminanten, Lichtdurchlässigkeit, biologische Aktivität......Page 102
3.1 Was heißt Abbau von Schadstoffen?......Page 107
3.2 Chemische Basiskonzepte......Page 114
3.2.1 Fällung, Adsorption, Immobilisierung......Page 115
3.2.2.1 Fällung......Page 116
3.2.1.2 Adsorption......Page 118
3.2.1.3 Immobilisierung......Page 119
3.2.2 Redoxpotenzial, Pourbaix-Diagramme und Speziation......Page 120
3.2.3.1 Voraussetzungen für Beziehungen zwischen Ladungseffekten und der Reaktionskinetik ganzer Moleküle......Page 129
3.2.3.2 Chemische Eigenschaften von Aromaten......Page 130
3.2.3.4 Praxisbeispiele aus der Technischen Umweltchemie: Verteilung der Reaktionen von Aromaten und ihrer Folgeprodukte zwischen Luft und Wasser......Page 136
3.2.4.1 Abstoßung zwischen Molekülen und Reaktionskinetik......Page 138
3.2.4.2 Kinetik, Katalyse, Gleichgewicht......Page 139
3.2.4.3 Homogene und heterogene Katalyse......Page 141
3.2.5.2 Vom Gleichgewicht zum Fließgleichgewicht: Folgen der Stoffzu- und -abfuhr......Page 144
3.2.5.4 Fließgleichgewichte in der Biologie, Biomimetik......Page 146
3.3 Implikationen der chemischen Prinzipien......Page 148
3.4.1 Prozesse als Funktion von Redoxpotenzial und Anregungsenergie......Page 151
3.4.2.1.1 Reduktionen mit solvatisierten Elektronen......Page 158
3.4.2.2.1 Neue Wege katalytischer Denitrifizierung/Entschwefelung......Page 159
3.4.2.2.2 Katalytische Enthalogenierung mit kathodisch gebildetem Wasserstoff an Platinmetallen oder Raney-Nickel......Page 160
3.4.3.1 Das Fenton-System: reduziertes Metallion [Fe(II), Ti(III)] in Kombination mit Wasserstoffperoxid......Page 161
3.4.3.2 Oxidation mit/in überkritischem Wasserdampf......Page 162
3.4.3.3 Elektrochemische Oxidation organischer Substrate an bestimmten Oxidelektroden („elektrochemische Verbrennung“) und in Schlämmen (Abbau von Organozinnverbindungen)......Page 163
3.4.4 Oxidationen mit hoher Energiezufuhr: photochemische und andere Prozesse, Advanced Oxidation Procedures......Page 164
3.4.4.2 Photohydrolyse von halogenierten Aromaten......Page 165
3.4.4.3 Photochemische Oxidation von Schadstoffen durch [Fe(OH)|2+......Page 166
3.4.4.4 Direktphotolyse von Wasser im extremen UV......Page 167
3.4.4.6 Photolyse bioinerter organischer Substanz nach Koordination (EDTA, Pestizide)......Page 168
3.4.4.7 Photoelektrochemie......Page 169
3.4.5.1.1 Mitfällung und Seensanierung......Page 170
3.4.5.1.3 Bindung an Biomasse......Page 171
3.4.6.1 Praxisbeispiel 1: Dreiwegekatalysator in Ottomotor-Kfz......Page 172
3.4.6.2 Praxisbeispiel 2: Funktionsweise einer Kläranlage......Page 175
3.4.6.3 Praxisbeispiel 3: Nutzung nichtklassischer Energiequellen in der umwelttechnischen Praxis. Sonochemische Verdichtung von Schlämmen......Page 179
3.4.6.4 Praxisbeispiel 4: Wasserreinigung durch Glimmentladungselektrolyse......Page 180
4 Fallstudien......Page 183
4.1.2 Wirkprinzipien und Lösungen......Page 184
4.1.2.1 Zementation......Page 185
4.1.1.2 Redoxbedingte Alkalifällung......Page 189
4.1.3 Praxisbeispiel......Page 190
4.2.1 Problemstellung......Page 194
4.2.2 Wirkprinzipien und Lösungen......Page 197
4.2.3 Praxisbeispiel......Page 202
4.2.4 Fazit......Page 205
4.3.1.1 Anwendungsbereiche und-mengen von EDTA......Page 206
4.3.1.2 Der Stoff und seine Eigenschaften: ein Komplexbildner als ökotoxikologisches Problem......Page 208
4.3.2 Wirkprinzipien und Lösungen......Page 210
4.3.4 Fazit......Page 216
4.4.1.1 Anwendungskriterien der Bodenwäsche......Page 217
4.4.1.2 Indikationen der Bodenwäsche: Emissionen aus dem Untergrund in Stedlungsbereiche......Page 218
4.4.2.1 Vergleich zwischen Boden- und Textilwäsche und deren Wirkprinzipien......Page 219
4.4.2.3 Extraktion mit unpolaren oder unkonventionellen Lösungsmitteln......Page 221
4.4.2.6 Enzymatische/biotechnologische Reinigungsvorgänge und „natural attenuation“......Page 223
4.4.2.8 Aufarbeitung der belasteten Waschlauge......Page 224
4.4.3 Praxisbeispiel......Page 225
4.4.4 Fazit......Page 226
4.5.1.1 Räumliche Differenzierung bedingt umweltchemische Effekte und erschwert ihre Analyse......Page 227
4.5.2.1 Gliederung der einschlägigen Umweltwissenschaften, Art und Gewinnung der Basisdaten......Page 228
4.5.2.2 Landschaftsökologische Raumgliederung......Page 230
4.5.2.3 Erhebung und Analyse von Metadaten über Umweltmessnetze in Baden-Württemberg......Page 231
4.5.2.4 Landschaftsrepräsentanz der Messstellen......Page 234
4.5.2.5 Geostatistische Messdatenanalyse......Page 235
4.5.3.1 Praxisbeispiel 1: Medienübergreifende Umweltbeobachtung in Baden-Württemberg......Page 236
4.5.3.2 Praxisbeispiel 2: Lokalisierung von Flächen mit hohem Metallein- und -austrag......Page 239
4.5.4 Fazit......Page 240
4.6.1 Problemstellung......Page 243
4.6.2 Der Bio-Park Fühlinger See......Page 245
4.6.2.1 Struktur des „Bio-Park Fühlinger See“......Page 246
4.6.2.2 Funktion der Pilot-Anlage......Page 247
4.6.3 Bepflanzter Bodenfilter im Ablaufbereich der Abwasserteichanlage der Gemeinde Berg, Ortsteil Mörlbach......Page 250
4.6.4 Phytoremediation – Neue Aufgaben für alte Stoffwechselvorgänge......Page 253
5 Literatur......Page 257
6 Glossar......Page 267
7 Stichwortverzeichnis......Page 276