Wasserreinhaltung

Fachgebiet Wasserreinhaltung

Forschung

Für ein besseres Verständnis der Oberflächenwasserqualität

Schlechte Oberflächengewässerqualität ist eines der dringendsten Umweltprobleme weltweit. In Deutschland sind 54 % der Bäche und 37 % der Seen verschmutzt (schlecht & unbefriedigend, Umweltbundesamt, 2015). In den USA sind die Zahlen ähnlich schlecht: 54 % der Bäche und 68 % der Seen sind verschmutzt (EPA, 305(b)-Liste, 2015). Weltweit ist die Trinkwasserversorgung von 1,8 Milliarden Menschen verunreinigt (WHO, 2015). Eine wirksame Bewältigung dieser Probleme erfordert ein vorausschauendes Verständnis dieser Systeme. Wie wird sich die Wasserqualität dieses Flusses verändern, wenn wir die Kläranlage aufrüsten? Welche Änderungen an unseren landwirtschaftlichen Praktiken sind erforderlich, um diesen See zu säubern? Wie wird sich der Klimawandel auf die Gesundheit dieses Ästuars auswirken? Leider verstehen wir unsere Oberflächenwassersysteme noch nicht gut genug, um diese Fragen mit Sicherheit beantworten zu können. Nehmen wir als Beispiel den Eriesee in den USA. In den 1970er Jahren war der See stark eutrophiert, was zu milliardenschweren Bewirtschaftungsmaßnahmen führte (z. B. Bau und Modernisierung von Kläranlagen). Obwohl der See zunächst mit einer deutlichen Verbesserung der Eutrophierungssymptome (z. B. Hypoxie, Algenbiomasse) reagierte, erlebt er jetzt ein Wiederaufleben der Eutrophierung, einschließlich häufiger toxischer Cyanobakterienblüten, die die ökologische Gesundheit und die Wasserversorgung von Millionen von Menschen bedrohen. Die Wasserqualität ist heute schlechter als vor der Durchführung der Bewirtschaftungsmaßnahmen! Es ist notwendig, ein prädiktives Verständnis von Oberflächenwassersystemen zu entwickeln, d.h. Modelle und Modellierer, um deren wirksame und nachhaltige Bewirtschaftung zu unterstützen.

Problemstellung: Modelle mit "alter" Chemie und Biologie

Das Hauptproblem mit unseren bestehenden Modellen ist, dass sie auf einer veralteten Wissenschaft beruhen. Sie wurden in den 1980er Jahren entwickelt und sind nicht an die aktuellen chemischen und biologischen Erkenntnisse angepasst worden. Für das nährstoffbegrenzte Wachstum von Phytoplankton beispielsweise verwenden die bestehenden operationellen Modelle immer noch eine einfache Gleichung aus dem Jahr 1942 (Monod). Dies steht in krassem Gegensatz zu den enormen Fortschritten, die in den Grundlagenwissenschaften erzielt wurden. Es besteht die Möglichkeit, unsere Wasserqualitätsmodelle durch die Einbeziehung moderner Erkenntnisse aus Chemie und Biologie wesentlich zu verbessern.

Forschungsschwerpunkt: Wasserqualität im Zusammenspiel von Chemie und Biologie

Der allgemeine wissenschaftliche Schwerpunkt des Fachgebiets Wasserreinhaltung liegt auf der Wasserqualität mit Schwerpunkt auf Biogeochemie und mikrobieller Ökologie. Mit anderen Worten, die Wasserqualität wird durch Mikroben beeinflusst und umgekehrt. Gegenwärtig konzentrieren wir uns auf zwei spezifische Probleme: Cyanotoxine und Spurenstoffe. Cyanotoxine sind eine Gruppe von Chemikalien, die von verschiedenen Arten von Cyanobakterien produziert werden, wahrscheinlich um Schäden durch oxidativen Stress abzumildern. Viele von ihnen sind akut giftig für Hunde, Kühe und Menschen. Zu den Spurenstoffen gehört eine lange Liste von Arzneimitteln und Körperpflegeprodukten, wie hormonaktive Chemikalien, die für die Verweiblichung von Fischen verantwortlich sind, und Antibiotika.

Spezialbereich: Ein integratives, interdisziplinäres Herangehen

Der Fachbereich Wasserreinhaltung ist thematisch in drei Labors mit den Schwerpunkten Chemie, Biologie und Modellierung gegliedert. Jedes Labor ist in der Forschung und Lehre aktiv, und sie sind durch einen gemeinsamen Schwerpunkt auf zwei große und wichtige gesellschaftliche Probleme verbunden: Spurenstoffe (Arzneimittel und Körperpflegeprodukte) und Cyanotoxine. Sie interagieren mit dem gemeinsamen Ziel, ein wichtiges gesellschaftliches Ergebnis voranzutreiben und zu produzieren: Ein vorausschauendes Verständnis von Oberflächenwassersystemen für die Bewirtschaftung. Dieses Verständnis kommt in Form von Technologie (d.h. Modelle) und Menschen (d.h. Modellierer).

Publikationen

2021

Marvin M Mayerhofer, Ferdi L Hellweger
Dynamic carbon flux network of a diverse marine microbial community
ISME Communications, 1 (1) :1-10
September 2021
Herausgeber: Springer Nature
ISSN: 2730-6151
Stephen E Noell, Stephen J Giovannoni
SAR11 Cells Rely on Enzyme Multifunctionality To Metabolize a Range of Polyamine Compounds
Mbio, 12 (4) :e01091_21
August 2021
L. Schröder, A. Putschew
Copper leaching from recreational vessels antifouling paints in freshwater: A Berin case study
Journal Environmental Management, 2021 (301: 113895)
2021
Stephen E Noell, Stephen J Giovannoni
SAR11 Cells Rely on Enzyme Multifunctionality to Transport and Metabolize a Range of Polyamine Compounds
bioRxiv, 2021
Januar 2021
B.M Müller, J. Lewandowski
Simultanous attenuation of trace orgaics and change in organic matter composition in the hyporkeic zone of urban streams
Scientific reports, 2021 (11(1)) :1-13
2021

2020

S., Schumann P.; Ordonez Andrade J. A.;Jekel M.;Ruhl A.
Packing granular activated carbon into a submerged gravity-driven flat sheet membrane module for decentralized water treatment
Journal of Water Process Engineering, 38 (101517) :1-8
2020
Herausgeber: Elsevier
ISSN: 2214-7144 (elektronisch)
U., Dittmann D.; Lucke T.;Ruhl A. S.;Winzenbacher R.;Jekel M.;Braun
Untersuchungen zu biologischen, organischen und anorganischen Veränderungen granulierter Aktivkohlen während der Trinkwasseraufbereitung
Jahrestagung 2020 - Wasserchemische Gesellschaft
2020
A., Sorgler Yuki; Putschew
Transformation products of iodinated X-ray contrast media : formation and behaviour concerning sorption and biodegradability
First International Conference on Urban Water Interfaces (UWI), 2020
2020
F., Hoffmann J.; Vergin K.;Giovannoni S. J.;Hellweger
Succession or Co-blooming in Plankton–Correlating Genetic Distance and Fitness Difference
AGU, 2020
2020
:, Mueller B. M.; Schulz H.;Putschew A.;Lewandowski J.:
Simultaneous fate of trace organic compounds and dissolved organic matter in surface water and the hyporheic zone of an urban river
EGU General Assembly 2020. Online, 4–8 May 2020
2020
Martin, Eitzen Lars; Ruhl Aki S.;Jekel
Particle Size and Pre-Treatment Effects on Polystyrene Microplastic Settlement in Water: Implications for Environmental Behavior and Ecotoxicological Tests
Freier Internetzugang: CC BY Lizenz: MDPI, 2020
2020
Herausgeber: MDPI
M., Eitzen L.; Ruhl A. S.;Jekel
Oxidation von Polystyrolpartikeln durch Ozon und Auswirkung auf die Ladungsdichte und Adsorption von natürlichen organischen Substanzen
Jahrestagung 2020 - Wasserchemische Gesellschaft
2020
M., Massa L.; Rabe L.;Bahr C.;Ruhl A. S.;Jekel
Modifiziertes Granuliertes Eisenhydroxid (GEH-PYR) für die reduktive Entfernung von Cr(VI)
Jahrestagung 2020 - Wasserchemische Gesellschaft, 2020
2020
In:, Mayerhofer M.; Hellweger F. L.: .
Modelling cyanobacteria at Lake Müggelsee
First International Conference on Urban Water Interfaces (UWI), 2020
2020
In:, Hanslik Lisa; Sommer Carmen;Huppertsberg Sven;Dittmar Stefan;Knepper Thomas P.;Braunbeck Thomas: .
Microplastic-associated trophic transfer of benzo(k)fluoranthene in a limnic food web: Effects in two freshwater invertebrates (Daphnia magna, Chironomus riparius) and zebrafish (Danio rerio)
Comparative Biochemistry and Physiology Part C Toxicology & Pharmacology, 237 :108849-108849
2020
Herausgeber: Elsevier
ISSN: 1532-0456 (elektronisch)
W., Hellweger Ferdinand; Martin R. M.;Moniruzzaman M.;Stark G. F.;Gann E. R.;Derminio D. S.;Wei B.;Pinto A.;Boyer G. L.;Wilhelm S.
Episodic Decrease in Temperature Increases mcy Gene Transcription and Cellular Microcystin in Continuous Cultures of Microcystis aeruginosa PCC 7806
Frontiers in microbiology, 2020
2020
M., Filter J.; Kopp M.;Wang Y.;Ruhl A. S.;Jekel
Einflussfaktoren für die biologische Transformation organischer Spurenstoffe in Sandfiltern
Jahrestagung 2020 - Wasserchemische Gesellschaft
2020
J., Mueller B. M.; Schulz H.;Putschew A.;Lewandowski
Attenuation of dissolved organic matter and trace organic compounds in the hyporheic zone of an urban river
First International Conference on Urban Water Interfaces (UWI), 2020
2020

2019

Vanni, Hellweger Ferdinand; Vick Carsten;Rückbeil Fiona;Bucci
Fresh Ideas Bloom in Gut Healthcare to Cross-Fertilize Lake Management
Environmental Science and Technology, 53 (24) :14099-14112
2019
ISSN: 0013-936X (print), 1520-5851 (elektronisch)
El-Athman F., Putschew A.
Reaction kinetics of corrinoid-mediated deiodination of iodinated X-ray contrast media and other iodinated organic compounds
Chemosphere, 234 :971–977doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.06.135
2019
L., Hellweger Ferdinand; Schellenger F.
Phosphorus loading from onsite wastewater systems to a lake (at long time scales)
Lake and Reservoir Management, 35 (1) :90-101
2019
Herausgeber: Taylor & Francis
ISSN: 1040-2381 (print), 2151-5530 (elektronisch)
E.;u.v.a., Lewandowski J.; Putschew A.; Arnon S.;Banks
Is the hyporheic zone relevant beyond the scientific community?
Water, 11 :2-32
2019
Herausgeber: MDPI AG
ISSN: 2073-4441 (elektronisch)
Aschermann, F.; Jekel, M.
Impact of different DOM size fractions on the desorption of organic micropollutants from activated carbon
Water Research, 161 :161-170
2019
Herausgeber: Elsevier
ISSN: 0043-1354
M., Hilbrandt Inga; Shemer H.;Ruhl A. S.;Semiat R.;Jekel
Comparing fine particulate iron hydroxide adsorbents for the removal of phosphate in a hybrid adsorption/ ultrafiltration system
Separation and Purification Technology, 221 :23-28
2019
Herausgeber: Elsevier
ISSN: 1383-5866 (elektronisch)
J., Schaper Jonas; Posselt M.;Bouchez C.;Jaeger A.;Nützmann G.;Putschew A.;Singer G.;Lewandowski
Fate of trace organic compounds in the hyporheic zone: influence of retardation, the benthic biolayer and organic carbon
Environmental Science and Technology, 53 :4224-4234
2019
ISSN: 0013-936X

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