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MicBinMikroplastik in Binnengewässern
Untersuchung und Modellierung des Eintrags und Verbleibs im
Donaugebiet als Grundlage für Maßnahmenplanungen
Dr. Florian R. Storck
BMBF-Fördermaßnahme Plastik in der Umwelt
Quellen • Senken • Lösungsansätze
Koordinator: Dr. Florian R. Storck
TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser
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MicBin 2
Ideen und Ziele
� Erstmalige Bilanzierung des Eintrags von Makro-, Meso- und Mikroplastik (MP) für ein größeres Flusseinzugsgebiet
� Exemplarisches Untersuchungsobjekt: Deutsches Donaueinzugsgebiet mit Messkampagnen an zwei der größeren Donau-Zuflüsse
� Fokus auf kleinere, visuell nicht sichtbare Partikel mit einer Größe unter 300 µm, da hier die Datenlage nach heutigem Erkenntnisstand sehr gering ist.
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MicBin 3
Arbeitsschwerpunkte
� Eintragsbilanzierung von MP im deutschen Donaueinzugsgebiet durch vereinheitlichte und konzertierte Probenahmekampagnen, Modellierung und ergänzende Laborexperimente
� Erfassung von bisher unberücksichtigten Quellen und Senken
� Ableitung von Minimierungsstrategien und Entwurf von effizienten Monitoringprogrammen („best practice“)
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MicBin 4
Gesamtübersicht
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MicBin 5
Workflow: Probenahme und Analytik
ProbenahmeFiltration/Anreicherung von 0,3 – 20 m³
� Filterkaskade (500, 50 und 5 µm)
Extraktion der FilterkerzenAufkonzentration der angereicherten
Partikel in 1 – 2 L Probevolumen
Probenaufreinigung
- Bleichung der Organik mit Ozon
- Bei Bedarf enzymatische Aufreinigung- Zentrifugation und Dichtetrennung
Zentrifugation
Fingerprint-Spektren
(ohne O3) (mit O3)
Ultraschallextraktion
Analytik- Extraktion / Py-GC-MS
- FT-IR-Spektroskopie- Raman-Mikrospektrfoskopie
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MicBin 6
Probenahme
� Vereinheitlichte und konzertierte Probenahmekampagnen an einem Gewässerabschnitt
� Nutzung der am TZW etablierten Methode (u.a. MiWa)
� Punktuelle Probenahme in definierter Tiefe mit kontinuierlichem Pumpen
� Filtration von ca. 0,3 – 0,5 m³ möglich (trotz hoher Schwebstofffracht)
� Probenahmedauer 2 – 3 h (Durchfluss: 0,1 – 0,3 m³/h; bei max. 3 bar)
� Validierung: Hohe Wiederfindung 86 – 92% (150 – 300 µm)
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MicBin 7
Sehr große Anzahl an Proben
< 50 µm >500 µm
Pyrolyse-GC-MS
Raman-
Mikrospektroskopie
FT-IR
50-500 µm
Fraktionierung bei der Probenahme
Schnelles Screening Identifizierung
Identifizierung/Größenbestimmung
Analytik
FT-IR-Mikroskopie
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MicBin 8
Identifizierung von Einträgen/Quellen
� Probenahmen:
� Gewässer (konzertierte Probenahmekampagnen
� Kommunale & industrielle Kläranlagen
� Linienbelastung/Littering
� Atmosphärische Deposition (Bergerhoff und PM10-Filter des Lufthygienischen Landesüberwachungssystems Bayern)
� Öffentlichkeitskampagnen/Müllsammelaktion
� Verbleib/Abbau:
� Kleinlysimeterversuche Verlagerung Grundwasser
� Abbauversuche Reifenabrieb OECD-301f
� Beitrag von Zerkleinerungsprozessen
(UV-Strahlung, mechanisch)
� Wasserkraftwerke als mögliche Senke für Makroplastik
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MicBin 9
Deponie Leppe - mögliches Auftreten von Mikroplastik
� Untersuchung von unterschiedlichen Deponieabschnitten und Ablagerungs-zeiträumen auf Mikroplastik
� Kooperation mit dem BAV ermöglicht,den gesamten Prozess des Mikroplastiks zu verfolgen
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MicBin 10
Deponie - Akkumulation und Abbau von MP im System
� Zweistraßige halbtechnische Forschungs-Sickerwasserreinigungsanlage
mit Ultrafiltrationsmodul zur Untersuchungen von Akkumulation und Abbau von Mikroplastik
� Zentrale Fragestellungen des Teilprojektes:
- Dient die Deponie als Senke für Mikroplastik?
- Wird Mikroplastik im Prozess der Deponiesickerwasserreinigung akkumuliert?
- Hat Mikroplastik einen akuten oder chronischen Effekt auf den Betrieb der Pilotanlage?
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MicBin 11
2
Up-scaling durch Erosionsmodellierung unter Berücksichtigung des MP-Transports
1
Festlegung in Bodenaggregaten
Landwirtschaftlich genützte Böden
Prozessstudien auf Beregnungsparzellen
MP
MP- Erosion
SPEROS-MP
Mo
de
llpar
ame
ter
Abschätzungen MP in Ackerböden
Abschätzungdes MP-Eintragsin Fließgewässer
3
Landwirtschaft/Boden: MP-Eintragsmengen und -pfade
Austrag (Oberflächenabfluss)
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MicBin 12
Modellierung - Regional
Interconnection of local model chains regarding emission, transport, removal, dilution and accumulation
Geo-referenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers (GREAT-ER)
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MicBin 13
Anwendung des Modells
“Vom Land ins Meer –
Modell zur Erfassung
landbasierter Kunststoffabfälle”
auf die Donauregion
Experten-gespräche
Wirkungs-szenarien
Größen-klassen MP*
Daten-recherche
Gesamteintrag Deutschlands ins Schwarze Meer
Befragung von Praxisakteuren/Anlagenbetreibern/Experten (u.a. Wasserkraftwerke)
Bereitstellen von Vergleichsdaten
Ziel: Erkenntnisgewinn hinsichtlich MP*-Frachten in unterschiedlichen Eintragspfaden
Modellierung überregional
Andere Arbeits-pakete
Andere Arbeits-pakete
UOS-Modell
GREAT-ER
* MP = Mikroplastik
Source: weltkarte.com
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MicBin 14
Ableitung von Minimierungsstrategien für Plastik und
Entwurf von effizienten Monitoringprogrammen
Modelle
Praxisakteure
Information und
Diskussion
Kunst-stoffver-arbeiter
Bundesgüte-gemeinschaft Kompost e.V.
Bayerische Landesanstalt für
Landwirtschaft
Bergischer Abfallwirtschafts-
verband
BayerischeElektrizitätswerke
GmbH
IKSD
IKSR
:metabolon
Laborversuche
Untersuchungs-
kampagnen
Implementierung und Umsetzung
der Erkenntnisse in die Praxis
Behörden
Externe
Ergebnisse
Global WaterResearch Coalition
LTZ Augustenberg
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MicBin
Dr. Florian R. Storck
BMBF-Fördermaßnahme Plastik in der Umwelt
Quellen • Senken • Lösungsansätze
Koordinator: Dr. Florian R. Storck
Stephanie Cieplik, Dr. Georg Dierkes, Prof. Dr. Peter Fiener, Dr. Korbinian Freier,
Dr. Jörg Klasmeier, Prof. Dr. Astrid Rehorek, Prof. Dr. Thomas Ternes
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
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