Technische Umweltchemie

Name: Technische Umweltchemie | Innovative Verfahren der Reinigung verschiedener Umweltkompartimente
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Innovative Verfahren der Reinigung verschiedener Umweltkompartimente

Stefan Fränzle Bernd Markert Simone Wünschmann(Autor*in)

Wiley-VCH (Verlag)

1. Auflage

Erschienen am 14. August 2009

280 Seiten

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978-3-527-62553-6 (ISBN)

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Inhalt

Intro
Technische Umweltchemie
Inhaltsverzeichnis
1 Entwicklung und Aufgabenstellung der Technischen Umweltchemie
1.1 Geschichte der Umweltchemie
1.1.1 Chemie als Quelle umweltwissenschaftlicher Erkenntnisse
1.1.2 Chemisch-physikalische Analytik, Modellbau und ökotoxikologische Verfahren in den integrativen Umweltwissenschaften
1.1.3 Stoffe und Quellen
1.1.4 Transport und Umwandlung von Umweltchemikalien
1.1.5 Reaktion und Wirkung
1.1.5.1 Geschichte der QSAR-Ansätze
1.1.5.2 Lipophilie, Anreicherung und Toxizität: Wirkprinzip und Schadensursache bei Organozinnverbindungen
1.1.5.3 Der Schwermetallbegriff und seine chemisch-toxikologischen Folgerungen
1.1.5.4 QSAR, Pharmakologie und umweltchemische Anwendungen der Reaktionsprinzipien
1.1.6 Biogeochemie und Umweltwissenschaften
1.1.6.1 Leben als determinierender Faktor geochemischer Prozesse
1.1.6.2 Bedingungen und Essentialität
1.1.7 Von der Spurenanalytik zum Prozessverständnis
1.1.8 Kybernetische Modellkonzepte in Chemie und Ökologie
1.1.9 Ausblick für zukünftige Lehre und Forschung in den Umweltwissenschaften
1.2 Aufgabenstellung der Technischen Umweltchemie
2 Struktur und Funktion der irdischen Umweltkompartimente
2.1 Die Erde im Vergleich zu anderen Körpern des Sonnensystems
2.2 Eigenschaften und Reinigungsoptionen der irdischen Umweltkompartimente
2.2.1 Luft
2.2.1.1 Reaktorkonzept und Atmosphäre
2.2.1.2 Struktur und Schichtung der Atmosphäre
2.2.1.3 Das Reaktorprinzip der Atmosphäre: die Rolle hoch reaktiver Spezies
2.2.1.4 Chemische Besonderheiten: saure und gut wasserlösliche Atmosphärengase
2.2.1.5 Luft als Mehrphasensystem
2.2.1.6 Katalytische Prozesse in der Atmosphäre
2.2.1.7 Chemische Reaktivität, Partikelwachstum und Fällung aus der Atmosphäre
2.2.1.8 Schlussfolgerungen der Luftreinhaltung
2.2.2 Wasser
2.2.2.1 Wasser als Medium: Dichte, optische und thermische Eigenschaften und Einflüsse auf die Biologie
2.2.2.2 Chemische Eigenschaften und deren Varianz
2.2.2.3 Wasser als Mehrphasensystem
2.2.2.4 Süßwasser, Meerwasser, osmotischer Druck, Redoxzustände und Biologie
2.2.2.5 Nichtgleichgewichtszustände zwischen unterschiedlichen Wasserzonen oder -schichten als Triebkraft für Chemie, Biologie und Stoffabscheidung
2.2.2.6 Biogeochemische Kreisläufe in Wasser, Stöchiometrische Ökologie und Auslegung/Prozessführung biotechnologischer Wasserreinigungssysteme
2.2.3 Boden und Grundwasserleiter
2.2.3.1 Boden als Mehrphasensystem
2.2.3.2 Wichtige chemische Eigenschaften von Böden
2.2.3.3 Boden als Bioreaktor
2.2.3.4 Gradientenbildung im Boden
2.2.3.5 Störungen der Bodenentwicklung
2.2.3.6 Schlussfolgerungen für die Bodensanierung
2.2.4 Vergleich der Umweltkompartimente: Phasenzusammensetzung, Mischbarkeit mit bestimmten Reaktanden oder Kontaminanten, Lichtdurchlässigkeit, biologische Aktivität
3 Grundlagen und Konzepte der Technischen Umweltchemie
3.1 Was heißt Abbau von Schadstoffen?
3.2 Chemische Basiskonzepte
3.2.1 Fällung, Adsorption, Immobilisierung
3.2.2.1 Fällung
3.2.1.2 Adsorption
3.2.1.3 Immobilisierung
3.2.2 Redoxpotenzial, Pourbaix-Diagramme und Speziation
3.2.3 Reaktionskinetik, Hammett-Gleichung
3.2.3.1 Voraussetzungen für Beziehungen zwischen Ladungseffekten und der Reaktionskinetik ganzer Moleküle
3.2.3.2 Chemische Eigenschaften von Aromaten
3.2.3.3 Kinetische Modellansätze für Reaktionen gesättigter Kohlenwasserstoffe: die Taft-Gleichung
3.2.3.4 Praxisbeispiele aus der Technischen Umweltchemie: Verteilung der Reaktionen von Aromaten und ihrer Folgeprodukte zwischen Luft und Wasser
3.2.4 Aktivierungsbarriere und Katalyse
3.2.4.1 Abstoßung zwischen Molekülen und Reaktionskinetik
3.2.4.2 Kinetik, Katalyse, Gleichgewicht
3.2.4.3 Homogene und heterogene Katalyse
3.2.5 Fließgleichgewicht und Prozessführung
3.2.5.1 Gleichgewicht, Gleichgewichtskonstante und Reaktionskinetik
3.2.5.2 Vom Gleichgewicht zum Fließgleichgewicht: Folgen der Stoffzu- und -abfuhr
3.2.5.3 Nichtlineare Kinetik in Durchflusssystemen
3.2.5.4 Fließgleichgewichte in der Biologie, Biomimetik
3.2.5.5 Der schwere Weg zum Fließgleichgewicht
3.3 Implikationen der chemischen Prinzipien
3.4 Verfahren der Technischen Umweltchemie
3.4.1 Prozesse als Funktion von Redoxpotenzial und Anregungsenergie
3.4.2 Reduktionsprozesse
3.4.2.1 Reduktionen mit niedrigerer Aktivierungsenergie (thermochemisch)
3.4.2.1.1 Reduktionen mit solvatisierten Elektronen
3.4.2.1.2 Adsorptive und heterogenkatalytische Verfahren in der Rauchgasreinigung
3.4.2.2 Katalytische Reduktion
3.4.2.2.1 Neue Wege katalytischer Denitrifizierung/Entschwefelung
3.4.2.2.2 Katalytische Enthalogenierung mit kathodisch gebildetem Wasserstoff an Platinmetallen oder Raney-Nickel
3.4.2.3 Reduzierende Prozesse mit hoher Aktivierungsenergie
3.4.3 Oxidationsvorgänge
3.4.3.1 Das Fenton-System: reduziertes Metallion [Fe(II), Ti(III)] in Kombination mit Wasserstoffperoxid
3.4.3.2 Oxidation mit/in überkritischem Wasserdampf
3.4.3.3 Elektrochemische Oxidation organischer Substrate an bestimmten Oxidelektroden ("elektrochemische Verbrennung") und in Schlämmen (Abbau von Organozinnverbindungen)
3.4.3.4 Katalytische Oxidationen durch Oxide in Kombination mit Wasserstoffperoxid oder Sauerstoff
3.4.4 Oxidationen mit hoher Energiezufuhr: photochemische und andere Prozesse, Advanced Oxidation Procedures
3.4.4.1 AOPs mit wässrigem Ozon
3.4.4.2 Photohydrolyse von halogenierten Aromaten
3.4.4.3 Photochemische Oxidation von Schadstoffen durch [Fe(OH)|2+
3.4.4.4 Direktphotolyse von Wasser im extremen UV
3.4.4.5 Glimmentladungselektrolyse
3.4.4.6 Photolyse bioinerter organischer Substanz nach Koordination (EDTA, Pestizide)
3.4.4.7 Photoelektrochemie
3.4.5 Reaktionen ohne Redoxprozesse
3.4.5.1 Fällungsreaktionen
3.4.5.1.1 Mitfällung und Seensanierung
3.4.5.1.2 Suspensionsbildung und Koagulation
3.4.5.1.3 Bindung an Biomasse
3.4.5.2 Nichtchemische elektrische Verfahren
3.4.6 Praxisbeispiele aus der Technischen Umweltchemie
3.4.6.1 Praxisbeispiel 1: Dreiwegekatalysator in Ottomotor-Kfz
3.4.6.2 Praxisbeispiel 2: Funktionsweise einer Kläranlage
3.4.6.3 Praxisbeispiel 3: Nutzung nichtklassischer Energiequellen in der umwelttechnischen Praxis. Sonochemische Verdichtung von Schlämmen
3.4.6.4 Praxisbeispiel 4: Wasserreinigung durch Glimmentladungselektrolyse
4 Fallstudien
4.1 Reaktive Wände
4.1.1 Problemstellung
4.1.2 Wirkprinzipien und Lösungen
4.1.2.1 Zementation
4.1.1.2 Redoxbedingte Alkalifällung
4.1.2.3 Defunktionalisierung durch Reduktion
4.1.3 Praxisbeispiel
4.1.4 Fazit
4.2 Fernhaltung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre nach Verbrennungsprozessen
4.2.1 Problemstellung
4.2.2 Wirkprinzipien und Lösungen
4.2.3 Praxisbeispiel
4.2.4 Fazit
4.3 Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) - Stoffeigenschaften, Persistenz und Beseitigung
4.3.1 Problemstellung
4.3.1.1 Anwendungsbereiche und-mengen von EDTA
4.3.1.2 Der Stoff und seine Eigenschaften: ein Komplexbildner als ökotoxikologisches Problem
4.3.2 Wirkprinzipien und Lösungen
4.3.3 Praxisbeispiel
4.3.4 Fazit
4.4 Reinigung der festen Bodenphase: Bodenwäsche
4.4.1 Problemstellung
4.4.1.1 Anwendungskriterien der Bodenwäsche
4.4.1.2 Indikationen der Bodenwäsche: Emissionen aus dem Untergrund in Stedlungsbereiche
4.4.2 Wirkungsprinzipien und Lösungen
4.4.2.1 Vergleich zwischen Boden- und Textilwäsche und deren Wirkprinzipien
4.4.2.2 Extraktion mit Tensidlösungen
4.4.2.3 Extraktion mit unpolaren oder unkonventionellen Lösungsmitteln
4.4.2.4 Extraktion metallhaltiger Fraktionen mithilfe von Komplexbildnern
4.4.2.5 Oxidative Bodenwäsche: Abbau organischer Kontaminanten mit Reagenzien wie Wasserstoffperoxid
4.4.2.6 Enzymatische/biotechnologische Reinigungsvorgänge und "natural attenuation
4.4.2.7 Kontrollierte Sorption in Zeolithen und Tonmineralien
4.4.2.8 Aufarbeitung der belasteten Waschlauge
4.4.2.9 Nebenwirkungen und -reaktionen: Zerstörung der Bodenhorizontschichtung und dadurch bedingter chemischer Gradienten
4.4.3 Praxisbeispiel
4.4.4 Fazit
4.5 Metadatenbanken und GIS als technische Unterstützung der stofflichen Expositions und Wirkungsanalyse in der Umweltbeobachtung
4.5.1 Problemstellung
4.5.1.1 Räumliche Differenzierung bedingt umweltchemische Effekte und erschwert ihre Analyse
4.5.1.2 Historische Entwicklung und offene Probleme: mangelnde Koordination und Datenkohärenz
4.5.2 Methodik und Lösungsansatz
4.5.2.1 Gliederung der einschlägigen Umweltwissenschaften, Art und Gewinnung der Basisdaten
4.5.2.2 Landschaftsökologische Raumgliederung
4.5.2.3 Erhebung und Analyse von Metadaten über Umweltmessnetze in Baden-Württemberg
4.5.2.4 Landschaftsrepräsentanz der Messstellen
4.5.2.5 Geostatistische Messdatenanalyse
4.5.3 Praxisbeispiele
4.5.3.1 Praxisbeispiel 1: Medienübergreifende Umweltbeobachtung in Baden-Württemberg
4.5.3.2 Praxisbeispiel 2: Lokalisierung von Flächen mit hohem Metallein- und -austrag
4.5.4 Fazit
4.6 Phytoremediation - Möglichkeiten zur Entfernung von Mikroschadstoffen mit Verfahren der naturnahen Abwasserreinigung
4.6.1 Problemstellung
4.6.2 Der Bio-Park Fühlinger See
4.6.2.1 Struktur des "Bio-Park Fühlinger See
4.6.2.2 Funktion der Pilot-Anlage
4.6.3 Bepflanzter Bodenfilter im Ablaufbereich der Abwasserteichanlage der Gemeinde Berg, Ortsteil Mörlbach
4.6.4 Phytoremediation - Neue Aufgaben für alte Stoffwechselvorgänge
5 Literatur
6 Glossar
7 Stichwortverzeichnis

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