Technische Umweltchemie: innovative Verfahren der Reinigung verschiedener Umweltkompartimente
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| Veröffentlicht: |
Landsberg am Lech
ecomed
2005
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FRAENZLE * MARKERT * WUENSCHMANN TECHNISCHE UMWELTCHEMIE INNOVATIVE
VERFAHREN DER REINIGUNG VERSCHIEDENER UMWELTKOMPARTIMENTE MED
BIOWISSENSCHAFTEN INHALTSVERZEICHNIS 1 ENTWICKLUNG UND AUFGABENSTELLUNG
DER TECHNISCHEN UMWELTCHEMIE 1 1.1 GESCHICHTE DER UMWELTCHEMIE 1 1.1.1
CHEMIE ALS QUELLE UMWELTWISSENSCHAFTLICHER ERKENNTNISSE 2 1.1.2
CHEMISCH-PHYSIKALISCHE ANALYTIK, MODELLBAU UND OEKOTOXIKOLOGISCHE
VERFAHREN IN DEN INTEGRATIVEN UMWELTWISSENSCHAFTEN 7 1.1.3 STOFFE UND
QUELLEN 14 1.1.4 TRANSPORT UND UMWANDLUNG VON UMWELTCHEMIKALIEN 20 1.1.5
REAKTION UND WIRKUNG 22 1.1.5.1 GESCHICHTE DER QSAR-ANSAETZE 24 1.1.5.2
LIPOPHILIE, ANREICHERUNG UND TOXIZITAET: WIRKPRINZIP UND SCHADENSURSACHE
BEI ORGANOZINNVERBINDUNGEN 24 1.1.5.3 DER SCHWERMETALLBEGRIFF UND SEINE
CHEMISCH-TOXIKOLOGISCHEN FOLGERUNGEN 25 1.1.5.4 QSAR, PHARMAKOLOGIE UND
UMWELTCHEMISCHE ANWENDUNGEN DER REAKTIONSPRINZIPIEN 26 1.1.6
BIOGEOCHEMIE UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 27 1.1.6.1 LEBEN ALS
DETERMINIERENDER FAKTOR GEOCHEMISCHER PROZESSE 27 1.1.6.2 BEDINGUNGEN
UND ESSENTIALITAET 32 1.1.7 VON DER SPURENANALYTIK ZUM PROZESSVERSTAENDNIS
36 1.1.8 KYBERNETISCHE MODELLKONZEPTE IN CHEMIE UND OEKOLOGIE 38 1.1.9
AUSBLICK FUER ZUKUENFTIGE LEHRE UND FORSCHUNG IN DEN UMWELTWISSENSCHAFTEN
40 1.2 AUFGABENSTELLUNG DER TECHNISCHEN UMWELTCHEMIE 41 2 STRUKTUR UND
FUNKTION DER IRDISCHEN UMWELTKOMPARTIMENTE 45 2.1 DIE ERDE IM VERGLEICH
ZU ANDEREN KOERPERN DES SONNENSYSTEMS 45 2.2 EIGENSCHAFTEN UND
REINIGUNGSOPTIONEN DER IRDISCHEN UMWELTKOMPARTIMENTE 48 2.2.1 LUFT 49
2.2.1.1 REAKTORKONZEPT UND ATMOSPHAERE 49 2.2.1.2 STRUKTUR UND SCHICHTUNG
DER ATMOSPHAERE 52 2.2.1.3 DAS REAKTORPRINZIP DER ATMOSPHAERE: DIE ROLLE
HOCH REAKTIVER SPEZIES 55 2.2.1.4 CHEMISCHE BESONDERHEITEN: SAURE UND
GUT WASSERLOESLICHE ATMOSPHAERENGASE 56 2.2.1.5 LUFT ALS MEHRPHASENSYSTEM
59 2.2.1.6 KATALYTISCHE PROZESSE IN DER ATMOSPHAERE 60 2.2.1.7 CHEMISCHE
REAKTIVITAET, PARTIKELWACHSTUM UND FAELLUNG AUS DER ATMOSPHAERE 63 2.2.1.8
SCHLUSSFOLGERUNGEN DER LUFTREINHALTUNG 63 2.2.2 WASSER 64 2.2.2.1 WASSER
ALS MEDIUM: DICHTE, OPTISCHE UND THERMISCHE EIGENSCHAFTEN UND EINFLUESSE
AUF DIE BIOLOGIE 65 2.2.2.2 CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN UND DEREN VARIANZ 67
IX IHALTSVERZEICHNIS WASSER ALS MEHRPHASENSYSTEM 68 SUESSWASSER,
MEERWASSER, OSMOTISCHER DRUCK, REDOXZUSTAENDE UND BIOLOGIE 69
NICHTGLEICHGEWICHTSZUSTAENDE ZWISCHEN UNTERSCHIEDLICHEN WASSERZONEN ODER
-SCHICHTEN ALS TRIEBKRAFT FUER CHEMIE, BIOLOGIE UND STOFFABSCHEIDUNG 72
BIOGEOCHEMISCHE KREISLAEUFE IN WASSER, STOECHIOMETRISCHE OEKOLOGIE UND
AUSLEGUNG/PROZESSFUEHRUNG BIOTECHNOLOGISCHER WASSERREINIGUNGSSYSTEME 73
BODEN UND GRUNDWASSERLEITER 75 BODEN ALS MEHRPHASENSYSTEM 77 WICHTIGE
CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON BOEDEN 78 BODEN ALS BIOREAKTOR 79
GRADIENTENBILDUNG IM BODEN 79 STOERUNGEN DER BODENENTWICKLUNG 81
SCHLUSSFOLGERUNGEN FUER DIE BODENSANIERUNG 82 VERGLEICH DER
UMWELTKOMPARTIMENTE: PHASENZUSAMMENSETZUNG, MISCHBARKEIT MIT BESTIMMTEN
REAKTANDEN ODER KONTAMINANTEN, LICHTDURCHLAESSIGKEIT, BIOLOGISCHE
AKTIVITAET 86 GRUNDLAGEN UND KONZEPTE DER TECHNISCHEN UMWELTCHEMIE 91 WAS
HEISST ABBAU VON SCHADSTOFFEN? 91 CHEMISCHE BASISKONZEPTE 98 FAELLUNG,
ADSORPTION, IMMOBILISIERUNG 99 FAELLUNG 100 ADSORPTION 102
IMMOBILISIERUNG 103 REDOXPOTENZIAL, POURBAIX-DIAGRAMME UND SPEZIATION
104 REAKTIONSKINETIK, HAMMETT-GLEICHUNG 113 VORAUSSETZUNGEN FUER
BEZIEHUNGEN ZWISCHEN LADUNGSEFFEKTEN UND DER REAKTIONSKINETIK GANZER
MOLEKUELE 113 CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON AROMATEN 114 KINETISCHE
MODELLANSAETZE FUER REAKTIONEN GESAETTIGTER KOHLENWASSERSTOFFE: DIE
TAFT-GLEICHUNG 120 PRAXISBEISPIELE AUS DER TECHNISCHEN UMWELTCHEMIE:
VERTEILUNG DER REAKTIONEN VON AROMATEN UND IHRER FOLGEPRODUKTE ZWISCHEN
LUFT UND WASSER 120 AKTIVIERUNGSBARRIERE UND KATALYSE 122 ABSTOSSUNG
ZWISCHEN MOLEKUELEN UND REAKTIONSKINETIK 122 KINETIK, KATALYSE,
GLEICHGEWICHT 123 HOMOGENE UND HETEROGENE KATALYSE 125
FLIESSGLEICHGEWICHT UND PROZESSFUEHRUNG 128 GLEICHGEWICHT,
GLEICHGEWICHTSKONSTANTE UND REAKTIONSKINETIK 128 VOM GLEICHGEWICHT ZUM
FLIESSGLEICHGEWICHT: FOLGEN DER STOFFZU- UND -ABFUHR 128 NICHTLINEARE
KINETIK IN DURCHFLUSSSYSTEMEN 130 FLIESSGLEICHGEWICHTE IN DER BIOLOGIE,
BIOMIMETIK 130 DER SCHWERE WEG ZUM FLIESSGLEICHGEWICHT 132 IMPLIKATIONEN
DER CHEMISCHEN PRINZIPIEN 132 INHALTSVERZEICHNIS 3.4 VERFAHREN DER
TECHNISCHEN UMWELTCHEMIE 135 3.4.1 PROZESSE ALS FUNKTION VON
REDOXPOTENZIAL UND ANREGUNGSENERGIE 135 3.4.2 REDUKTIONSPROZESSE 142
3.4.2.1 REDUKTIONEN MIT NIEDRIGERER AKTIVIERUNGSENERGIE (THERMOCHEMISCH)
142 3.4.2.1.1 REDUKTIONEN MIT SOLVATISIERTEN ELEKTRONEN 142 3.4.2.1.2
ADSORPTIVE UND HETEROGENKATALYTISCHE VERFAHREN IN DER RAUCHGASREINIGUNG
143 3.4.2.2 KATALYTISCHE REDUKTION 143 3.4.2.2.1 NEUE WEGE KATALYTISCHER
DENITRIFIZIERUNG/ENTSCHWEFELUNG 143 3.4.2.2.2 KATALYTISCHE
ENTHALOGENIERUNG MIT KATHODISCH GEBILDETEM WASSERSTOFF AN PLATINMETALLEN
ODER RANEY-NICKEL 144 3.4.2.3 REDUZIERENDE PROZESSE MIT HOHER
AKTIVIERUNGSENERGIE 145 3.4.3 OXIDATIONSVORGAENGE 145 3.4.3.1 DAS
FENTON-SYSTEM: REDUZIERTES METALLION [FE(II), TI(III)] IN KOMBINATION
MIT WASSERSTOFFPEROXID 145 3.4.3.2 OXIDATION MIT/IN UEBERKRITISCHEM
WASSERDAMPF 146 3.4.3.3 ELEKTROCHEMISCHE OXIDATION ORGANISCHER SUBSTRATE
AN BESTIMMTEN OXIDELEKTRODEN (*ELEKTROCHEMISCHE VERBRENNUNG") UND IN
SCHLAEMMEN (ABBAU VON ORGANOZINNVERBINDUNGEN) 147 3.4.3.4 KATALYTISCHE
OXIDATIONEN DURCH OXIDE IN KOMBINATION MIT WASSERSTOFFPEROXID ODER
SAUERSTOFF 148 3.4.4 OXIDATIONEN MIT HOHER ENERGIEZUFUHR: PHOTOCHEMISCHE
UND ANDERE PROZESSE, ADVANCED OXIDATION PROCEDURES 148 3.4.4.1 AOPS MIT
WAESSRIGEM OZON 149 3.4.4.2 PHOTOHYDROLYSE VON HALOGENIERTEN AROMATEN 149
3.4.4.3 PHOTOCHEMISCHE OXIDATION VON SCHADSTOFFEN DURCH [FE(OH)] 2+ 150
3.4.4.4 DIREKTPHOTOLYSE VON WASSER IM EXTREMEN UV 151 3.4.4.5
GLIMMENTLADUNGSELEKTROLYSE 152 3.4.4.6 PHOTOLYSE BIOINERTER ORGANISCHER
SUBSTANZ NACH KOORDINATION (EDTA, PESTIZIDE) . . 152 3.4.4.7
PHOTOELEKTROCHEMIE 153 3.4.5 REAKTIONEN OHNE REDOXPROZESSE 154 3.4.5.1
FAELLUNGSREAKTIONEN 154 3.4.5.1.1 MITFAELLUNG UND SEENSANIERUNG 154
3.4.5.1.2 SUSPENSIONSBILDUNG UND KOAGULATION 155 3.4.5.1.3 BINDUNG AN
BIOMASSE 155 3.4.5.2 NICHTCHEMISCHE ELEKTRISCHE VERFAHREN 156 3.4.6
PRAXISBEISPIELE AUS DER TECHNISCHEN UMWELTCHEMIE 156 3.4.6.1
PRAXISBEISPIEL 1: DREIWEGEKATALYSATOR IN OTTOMOTOR-KFZ 156 3.4.6.2
PRAXISBEISPIEL 2: FUNKTIONSWEISE EINER KLAERANLAGE 159 3.4.6.3
PRAXISBEISPIEL 3: NUTZUNG NICHTKLASSISCHER ENERGIEQUELLEN IN DER
UMWELTTECHNISCHEN PRAXIS. SONOCHEMISCHE VERDICHTUNG VON SCHLAEMMEN 163
3.4.6.4 PRAXISBEISPIEL 4: WASSERREINIGUNG DURCH
GLIMMENTLADUNGSELEKTROLYSE 164 4 FALLSTUDIEN 167 4.1 REAKTIVE WAENDE 168
4.1.1 PROBLEMSTELLUNG 168 XI NHALTSVERZEICHNIS WIRKPRINZIPIEN UND
LOESUNGEN 168 ZEMENTATION 169 REDOXBEDINGTE ALKALIFAELLUNG 173
DEFUNKTIONALISIERUNG DURCH REDUKTION 174 PRAXISBEISPIEL 174 FAZIT 178
FERNHALTUNG VON KOHLENDIOXID AUS DER ATMOSPHAERE NACH
VERBRENNUNGSPROZESSEN . 178 PROBLEMSTELLUNG 178 WIRKPRINZIPIEN UND
LOESUNGEN 181 PRAXISBEISPIEL 186 FAZIT 189 ETHYLENDIAMINTETRAESSIGSAEURE
(EDTA) - STOFFEIGENSCHAFTEN, PERSISTENZ UND BESEITIGUNG 190
PROBLEMSTELLUNG 190 ANWENDUNGSBEREICHE UND -MENGEN VON EDTA 190 DER
STOFF UND SEINE EIGENSCHAFTEN: EIN KOMPLEXBILDNER ALS OEKOTOXIKOLOGISCHES
PROBLEM 192 WIRKPRINZIPIEN UND LOESUNGEN 194 PRAXISBEISPIEL 200 FAZIT 200
REINIGUNG DER FESTEN BODENPHASE: BODENWAESCHE 201 PROBLEMSTELLUNG 201
ANWENDUNGSKRITERIEN DER BODENWAESCHE 201 INDIKATIONEN DER BODENWAESCHE:
EMISSIONEN AUS DEM UNTERGRUND IN SIEDLUNGSBEREICHE 202
WIRKUNGSPRINZIPIEN UND LOESUNGEN 203 VERGLEICH ZWISCHEN BODEN- UND
TEXTILWAESCHE UND DEREN WIRKPRINZIPIEN 203 EXTRAKTION MIT TENSIDLOESUNGEN
205 EXTRAKTION MIT UNPOLAREN ODER UNKONVENTIONELLEN LOESUNGSMITTELN 205
EXTRAKTION METALLHALTIGER FRAKTIONEN MITHILFE VON KOMPLEXBILDNERN 207
OXIDATIVE BODENWAESCHE: ABBAU ORGANISCHER KONTAMINANTEN MIT REAGENZIEN
WIE WASSERSTOFFPEROXID 207 ENZYMATISCHE/BIOTECHNOLOGISCHE
REINIGUNGSVORGAENGE UND *NATURAL ATTENUATION" . . 207 KONTROLLIERTE
SORPTION IN ZEOLITHEN UND TONMINERALIEN 208 AUFARBEITUNG DER BELASTETEN
WASCHLAUGE 208 NEBENWIRKUNGEN UND -REAKTIONEN: ZERSTOERUNG DER
BODENHORIZONTSCHICHTUNG UND DADURCH BEDINGTER CHEMISCHER GRADIENTEN 209
PRAXISBEISPIEL 209 FAZIT 210 METADATENBANKEN UND GIS ALS TECHNISCHE
UNTERSTUETZUNG DER STOFFLICHEN EXPOSITIONS- UND WIRKUNGSANALYSE IN DER
UMWELTBEOBACHTUNG 211 PROBLEMSTELLUNG 211 RAEUMLICHE DIFFERENZIERUNG
BEDINGT UMWELTCHEMISCHE EFFEKTE UND ERSCHWERT IHRE ANALYSE 211
HISTORISCHE ENTWICKLUNG UND OFFENE PROBLEME: MANGELNDE KOORDINATION UND
DATENKOHAERENZ 212 INHALTSVERZEICHNIS 4.5.2 METHODIK UND LOESUNGSANSATZ
212 4.5.2.1 GLIEDERUNG DER EINSCHLAEGIGEN UMWELTWISSENSCHAFTEN, ART UND
GEWINNUNG DER BASISDATEN 212 4.5.2.2 LANDSCHAFTSOEKOLOGISCHE
RAUMGLIEDERUNG 214 4.5.2.3 ERHEBUNG UND ANALYSE VON METADATEN UEBER
UMWELTMESSNETZE IN BADEN-WUERTTEMBERG 215 4.5.2.4 LANDSCHAFTSREPRAESENTANZ
DER MESSSTELLEN 218 4.5.2.5 GEOSTATISTISCHE MESSDATENANALYSE 219 4.5.3
PRAXISBEISPIELE 220 4.5.3.1 PRAXISBEISPIEL 1: MEDIENUEBERGREIFENDE
UMWELTBEOBACHTUNG IN BADEN-WUERTTEMBERG 220 4.5.3.2 PRAXISBEISPIEL 2:
LOKALISIERUNG VON FLAECHEN MIT HOHEM METALLEIN- UND -AUSTRAG . . . 223
4.5.4 FAZIT 224 4.6 PHYTOREMEDIATION - MOEGLICHKEITEN ZUR ENTFERNUNG VON
MIKROSCHADSTOFFEN MIT VERFAHREN DER NATURNAHEN ABWASSERREINIGUNG 227
4.6.1 PROBLEMSTELLUNG 227 4.6.2 DER BIO-PARK FUEHLINGER SEE 229 4.6.2.1
STRUKTUR DES *BIO-PARK FUEHLINGER SEE" 230 4.6.2.2 FUNKTION DER
PILOT-ANLAGE 231 4.6.3 BEPFLANZTER BODENFILTER IM ABLAUFBEREICH DER
ABWASSERTEICHANLAGE DER GEMEINDE BERG, ORTSTEIL MOERLBACH 234 4.6.4
PHYTOREMEDIATION - NEUE AUFGABEN FUER ALTE STOFFWECHSELVORGAENGE 237 5
LITERATUR 241 6 GLOSSAR 251 7 STICHWORTVERZEICHNIS 253 XIII |
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