30 research outputs found
Endbericht zum Forschungsvorhaben "SchlieĂung von KreislĂ€ufen durch Energie- und Stoffstrommanagement bei Nutzung der Terra-Preta-Technologie im Botanischen Garten im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Klimaschutz - Modellprojekt Urban farmingâ (TerraBoGa)
Endbericht des Forschungsprojektes RuBuS
Der vorliegende Bericht behandelt die Ergebnisse des Forschungsprojektes
RUBUS, welches im Zeitraum November 2013 bis November 2015 von der Freien
UniversitĂ€t Berlin durchgefĂŒhrt wurde. Gegenstand des Projektes ist die
Untersuchung der aktuellen Belastungssituation und der Dynamik der Sedimente
in der Rummelsburger Bucht als Teil der urbanen Spree in Berlin. Das Projekt
hat die KlÀrung der rÀumlichen Verteilung, Quantifizierung und Bewertung der
Schadstoffbelastung in den Sedimenten der Rummelsburger Bucht zum Ziel. Es
soll vor diesem Hintergrund die Ausbildung einer unbelasteten Sedimentauflage
geprĂŒft werden, um damit auch der Frage nachzugehen, ob es möglicherweise zu
einer Remobilisierung von schadstoffbelasteten Sedimenten kommt. Um diese
Hypothese zu untersuchen wird ein indirekter Messansatz gewÀhlt, der sowohl
die Erfassung der Randbedingungen als auch den qualitativen und quantitativen
Nachweis einer Sedimentremobilisierung berĂŒcksichtigt. Da die Prozesse als
solche nur schwer messbar sind, zielt dieser Ansatz darauf ab, entsprechende
Leitindikatoren zu wÀhlen, anhand derer Mobilisierungsmechanismen und Ursachen
aufgezeigt werden können. Die Erfassung der Schadstoffe (Schwermetalle,
organische Verbindungen) erfolgt systematisch an 5 Schichten der obersten 15
cm des GewĂ€ssersedimentes und ĂŒber die Erfassung von akkumuliertem Material in
Sedimentfallen. Die Beprobungen und kontinuierlichen Messungen werden an 15
ĂŒber den gesamten Wasserkörper rasterförmig ausgelegten Bohr- bzw. Messpunkten
durchgefĂŒhrt. Zur Bemessung des potenziellen Risikos wird fĂŒr die
Feststoffphase der Consensus 2 - Wert der SedimentqualitÀtsrichtlinien nach de
DECKERE et al. (2011) zugrunde gelegt und durch Elutionsversuche sowie
ökotoxikologische Tests ergÀnzt. Die Laborergebnisse zeigen, dass an allen
Standorten und in annÀhernd allen erfassten Sedimentschichten weitestgehend
sÀmtliche untersuchten Elemente und Verbindungen in zum Teil erheblichen
Konzentrationen nachgewiesen werden können. Die Konzentrationen variieren
sowohl in der FlÀche als auch mit der Tiefe der Sedimentschichten. Die
Analysen und statistischen Tests weisen das nordwestliche Untersuchungsgebiet
als am stÀrksten belastet aus. Ungeachtet dieser rÀumlichen Variationen zeigen
die Ergebnisse, dass in der Rummelsburger Bucht eine durchgÀngige Belastung
der oberen 15 cm Sedimentschicht vorliegt. Eine flÀchendeckende Belastung kann
auch fĂŒr die beprobten Sedimentfallen nachgewiesen werden. Im Vergleich zum
Referenzstandort in der Spree zeigt sich, dass die Rummelsburger Bucht sowohl
hinsichtlich der Sedimentkerne als auch hinsichtlich der Sedimentfallen eine
durchgÀngig höhere Belastung aufweist. Effektbasierte SQG werden in den
meisten FĂ€llen ĂŒberschritten. Eine Untersuchung aquatischer Makrozoen durch
die Bundesanstalt fĂŒr GewĂ€sserkunde zeigt zudem, dass die Artenvielfalt gering
ist und sich das Vorkommen auf tolerante, euryöke Arten mit geringen
AnsprĂŒchen an die GewĂ€sser- und SedimentqualitĂ€t beschrĂ€nkt. FĂŒr den hohen
gemessenen Sedimentumsatz ist vor allem die Remobilisierung von Sedimenten
innerhalb der Bucht verantwortlich. Die stark belasteten, sehr schluffhaltigen
Sedimente werden ĂŒber eine permanente Strömung diffus ĂŒber die gesamte
SeeflĂ€che verteilt. Als bisherige Ursache fĂŒr den hohen Sedimentumsatz können
u.a. meteorologische Bedingungen und der Bootsverkehr identifiziert werden.
Die mechanische Mobilisierbarkeit von feststoffgebundenen Schwermetallen und
zinnorganischen Verbindungen ist unter den vorherrschenden Bedingungen in der
Rummelsburger Bucht gering. Die chemisch-physikalischen Randbedingungen des
Untersuchungsgebiets sind im Jahreszyklus nur geringen Schwankungen
unterworfen, was der weiteren Fixierung der Schwermetalle entgegenkommt. MKW
und PAK werden hingegen durch die Elution in höheren Konzentrationen
freigesetzt, insbesondere aus den Schwebstoffen. Im Fall der PAK werden in den
meisten Proben die ZHK-UQN bzw. die JD-UQN der EuropÀischen
Wasserrahmenrichtlinie fĂŒr die Wasserphase ĂŒberschritten. Keiner der
biologischen Tests zeigt eine gefÀhrliche Belastung an. Es werden jedoch mit
dem Sedimentkontakt- und dem Leuchtbakterientest bei mehreren Proben kritische
Belastungen ermittelt. Von den PAK geht offensichtlich keine GefĂ€hrdung fĂŒr
die Testorganismen Vibrio fischeri (Leuchtbakterien) und Lemna minor
(Wasserlinsen) aus. Die Wasserlinsen reagieren durchgehend wenig sensitiv auf
die Inhaltsstoffe der Eluate. Es ist anzunehmen, dass die signifikant höhere
MKW-Freisetzung aus den Schwebstoffen (im Gegensatz zu den Sedimenten) die
toxische Wirkung im Leuchtbakterientest verursacht. Der Sedimentkontakttest
weist bei einer den Schadstoffgehalten nach relativ unbelasteten Probe einen
toxischen Effekt nach. Die hohen Schwermetallgehalte in den Sedimenten haben
keine Wirkung auf die Bakterien des Sedimentkontakttests, was darauf
hindeutet, dass sie nicht in bioverfĂŒgbarer Form vorliegen. Die Schwermetalle
scheinen unter stabilen Bedingungen gebunden vorzuliegen. Die PAK und MKW
zeigen eine deutlich höhere Dynamik in der SchadstoffmobilitÀt. Die
Rummelsburger Bucht stellt selbst im internationalen Kontext eine Besonderheit
hinsichtlich der hohen Belastung mit organischen Schadstoffverbindungen und
Schwermetallen dar und zeigt, dass die industriellen FingerabdrĂŒcke der
Gesellschaft ĂŒber Ă€uĂerst lange ZeitrĂ€ume erhalten bleiben und dies eine
Herausforderung fĂŒr Politik und Planung darstellt. Die Untersuchungsergebnisse
zeigen aber auch, dass die Rummelsburger Bucht einer ausreichend groĂen
Dynamik unterliegt, welche zu einer (Re-) Mobilisierung dieser hochbelasteten
Sedimente fĂŒhren kann. Die Sedimente fungieren als langfristige potenzielle
Schadstoffquelle fĂŒr den Wasserkörper und damit auch fĂŒr die Spree.The present report covers the results of the research project RuBuS, realised
by the Freie UniversitÀt Berlin between November 2013 and 2015. The
investigated water body âRummelsburger Buchtâ is a former anabranch of the
Spree River located in the centre of Berlin. Covering an area of more than 45
ha, it is only at the upstream side connected to the main river course. For
almost a century, untreated industrial and municipal wastewater was discharged
into this river branch. Consequently, the quality of both the water and the
sediments decreased dramatically over that period. In order to address this
problem, the project âRuBuSâ (co-financed by the Berlin State Government and
the European Funds for Social and Regional Development) was established for
the above mentioned period. To perform any risk assessment, the investigation
should provide an improved knowledge and a better understanding about the type
and spatio-temporal pattern of sediment contamination and dynamics. To detect
the spatial distribution of pollutants in the sediment, over 200 sediment
samplings were carried out via drill cores from 16 locations. The upper 15 cm
of each drill core was systematically divided into 5 layers (each of 3 cm) for
separate examination. The investigation of sedimentation and remobilisation
rates was accomplished by installing 18 sediment traps, which collected
deposits over more than a year. The presence of selected heavy metals and
organic pollutants in the sediments was determined for every position and
layer of the drill cores, as well as for all sediment traps. Detection of
changes in boundary conditions, influencing the spatial and temporal
distribution of sedimentation and resuspension, was accomplished by placing
devices within the water body and taking different mobile measurements. At all
sampling locations, flow conditions were recorded every week over the whole
water column with a vessel-mounted ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler).
Water quality parameters like oxygen, turbidity, chlorophyll-(a) and
temperature were also measured weekly with a mobile multiparameter sensor at
all stations in 50 cm steps. In addition, these parameters were continuously
recorded every 10 minutes with stationary sensors at different water depths
(1, 2 and 3 m) from the beginning of the monitoring. For mobile measurements
the probe YSI 6600 V2 was used, whereas permanent recording was done with
Cyclops-7 and MiniDot devices from PME. A weather station was set up on the
shore side to determine wind conditions, precipitation, temperature and solar
radiation, concerning the external impacts on water currents, turbulences and
algae-bloom. The scope of the investigation included the determination of the
total content of inorganic (Hg, Cd, Cr, Pb, Ni, Cu, Zn) and organic compounds
(polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), total petroleum hydrocarbons (TPH),
selected nitro-compounds, selected organotin compounds and polychlorinated
biphenyls (PCB, AOX and EOX) in the sediment and suspended matter. The
relevant particle size for the investigation of samples for heavy metals was <
63 ÎŒm and for the organic components < 2 mm. The compounds were detected by
ICP-OES, ICP-MS and AAS analyses. Grain size distributions weredetermined
using laser diffractometry and sieving. An elemental analyser was used to
determine the presence of carbon and nitrogen in the samples. The release of
soluble components upon contact with water is considered one of the main
mechanisms leading to a potential hazard to the environment. The research into
soluble and easily mobile sediment-bounded pollutants is based upon a 24 hour
batch test. In addition, certain toxic effects of the sediments were
determined by ecotoxicological test methods. Three species were chosen as
relevant test organisms: Vibrio fischeri for the luminescent bacteria test,
Lemna minor for the Duckweed growth inhibition test and Arthrobacter
globiformis for the sediment contact test. In addition, the thresholds of the
sediment quality guidelines, published by de Deckere et al. (2011), were used
to assess the solid contents. The study demonstrated that so far the
concentration of organic and inorganic pollutants in the sediments has
remained very high. The total contents of the PAHs and all heavy metals
exceeded the effect-based threshold values according to de Deckere et al.
(2011). The results were compared to the âconsensus 2â thresholds to identify
the measured concentrations, which have surpassed the limits and now giving
rise to concern regarding toxicity. The only exception among the heavy metals
was mercury. With respect to organic pollution the reference point in the
Spree River, which is not very far away from the sheet pile wall, showed
concentrations below the threshold value. In contrast, the reference point
disclosed pollution by heavy metals except for cadmium and mercury
concentrations, which were below the threshold. However, the load of heavy
metals at the reference point was lower than the one found in the bay. A
different spatial distribution of the organic contamination was observed for
the sediments of the âRummelsburger Buchtâ. In terms of contamination with
PAHs, Cd and Pb, areas with different loads could be defined, this was
statistically proven with a significant difference greater than 99%. The less
contaminated area was situated between the sheet pile wall and the centre of
the bay. Higher loads (sampling sites 10-15) were found from the centre of the
water body to the north-western shore. However, the sediments in the traps
showed a homogeneous distribution of the measured pollutants. It was also
found, that the level of contamination commonly increased with sediment depth,
except at the sampling sites right in the centre of the bay, which revealed no
clear tendency to increase or decrease depending on the depth. With regard to
the level of the European Environmental Quality Standards (EQS), the results
of the 24 hour batch test indicated a low mobility of the heavy metals,
organotin compounds and Benzo(a)pyrene. By contrast, other PAH compounds
exceeded in several eluates the annual average maximum concentration permitted
by the EQS. The results of the Luminescent bacteria test demonstrated for the
eluates of sediment cores, that all samples are not or harmless polluted (non-
or low toxic effect). However, with the exception of two samples, all of the
eluates of suspended particles were critically polluted, they showed a
moderate or increased toxic effect. The recorded high turnover rates of
sediments were most likely caused by a remobilisation of local sources within
the âRummelsburger Buchtâ. These highly contaminated and silty sediments can
be evenly distributed over the whole area of the water body due to very slow
but constant currents with changing directions. Up to now, specific
meteorological boundary conditions and motorboat-traffic have been identified
as some of the main reasons for the remobilisation and local transport of the
sediments, as well as external sediment sources could be neglected. The
research project âRuBuSâ provides a detailed insight into this water body. It
gives a better understanding how changes in boundary conditions affect the
spatial and temporal distribution of sedimentation and the resuspension of
sediments. The study demonstrates, that so far the concentration of organic
and inorganic pollutants in the sediments has remained on an exceptionally
high level. The âRummelsburger Buchtâ can be considered as a case study about
spatio-temporal pattern of sediment contamination and dynamics of the Spree
River and about areas of conflict presented by highly stressed urban water
bodies. A high pressure on demands of local residents for recreational and
commercial use of the âRummelsburger Buchtâ needs to improve the environmental
situation by a targeted and affordable management plan
Modellprojekt in der Berufsbildung fĂŒr nachhaltige Entwicklung
Das Forschungsvorhaben âVerwertung von GemĂŒse- und GrĂŒnschnittabfĂ€llen zur Herstellung von Pflanzenkohlesubstraten fĂŒr ein klimafreundliches GĂ€rtnern - Modellprojekt in der Berufsbildung fĂŒr nachhaltige Entwicklungâ untersuchte die SchlieĂung regionaler StoffkreislĂ€ufe mittels Pflanzenkohletechnologie und schuf Modellprojekte, um berufliche und schulische Aus- und Weiterbildung zu fördern und anschaulich erlebbar zu machen.
Die Pflanzenkohletechnologie wird auf internationaler Ebene vermehrt als eine Option zur RĂŒckfĂŒhrung von Kohlendioxid aus der AtmosphĂ€re (carbon dioxide removal; kurz CDR Technologie) diskutiert. Pflanzenkohle bezeichnet das Endprodukt der Karbonisierung von Biomasse durch Pyrolyse bei einer Temperatur zwischen 350 und 900 °C. Bei der Karbonisierung wird im Gegensatz zur Verbrennung oder natĂŒrlichen Verrottung nur etwa 50 - 60 % des in der Biomasse gespeicherten Kohlenstoffs wieder an die AtmosphĂ€re abgegeben. Die Prozesstemperaturen bestimmen dabei maĂgeblich die Eigenschaften, wie z. B. Kohlenstoffgehalt und StabilitĂ€t. Die hohe StabilitĂ€t und damit die langfristige Festlegung von Kohlenstoff in der Pflanzenkohle und deren stoffliche Anwendung könnte eine signifikante Rolle bei der Verlangsamung des Anstiegs der atmosphĂ€rischen CO2-Konzentrationen spielen.
Durch den Aufbau bzw. die Nutzung von Kompostieranlagen mit Pflanzenkohle, entstanden modellhafte Lernorte am Umweltbildungszentrum Berlin, im Gutsgarten Hellersdorf und im Botanischen Garten Berlin-Dahlem, an denen zugleich lokale StoffkreislÀufe geschlossen wurden. Die Kompostierung mit Pflanzenkohle wurde an den einzelnen Modellstandorten wissenschaftlich begleitet und die Umweltwirkung mittels Klimabilanz ermittelt und mit der energetischen Nutzung durch VergÀrung/Biogas bzw. Verbrennung verglichen.
FĂŒr die berufliche Aus- und Weiterbildung zum Thema âStoffkreisschlieĂung mit Pflanzenkohleâ wurden 25 Bildungsmodule entwickelt. Die Module wurden an den Lernorten in insgesamt 11 vier- bis fĂŒnfstĂŒndigen Workshops mindesten zweifach mit insgesamt 200 Auszubildenden und UmschĂŒlerInnen positiv evaluiert.
Entstanden ist ein Bildungsmaterial âPflanzenkohleâ fĂŒr die berufliche - aber auch schulische - Bildung, in dem das Thema Pflanzenkohle und ihre Anwendung im gĂ€rtnerischen und landwirtschaftlichen Bereich aufbereitet wurde. In den Blick gelangt die gegenwĂ€rtige Herstellung von Pflanzenkohle und Pflanzenkohlesubstraten durch die Kompostierung und ihre gĂ€rtnerischen Anwendungen. Die Pflanzenkohle-Technologie wird im Kontext des Klima- und Bodenschutzes und der nachhaltigen Ressourcennutzung verortet und als Negative Emissionstechnologie eingefĂŒhrt. DarĂŒber hinaus entstand ein weiteres Bildungsmaterial âBoden entdeckenâ fĂŒr die 5. und 6. Klasse, dass das Thema Pflanzenkohle und Kompostierung in einen Projekttag zum Boden einbettet. In 12 Lernstationen, beschreiben SchĂŒler*innen den Boden, entdecken seine Lebewesen, erforschen seine Entstehung, starten einen Kompostversuch und sammeln Ideen fĂŒr den Schutz des Bodens
Superior Ventriculo-Arterial Coupling with Decellularized Allografts Compared with Conventional Prostheses
Background To date, no experimental or clinical study provides detailed
analysis of vascular impedance changes after total aortic arch replacement.
This study investigated ventriculoarterial coupling and vascular impedance
after replacement of the aortic arch with conventional prostheses vs.
decellularized allografts. Methods After preparing decellularized aortic arch
allografts, their mechanical, histological and biochemical properties were
evaluated and compared to native aortic arches and conventional prostheses in
vitro. In open-chest dogs, total aortic arch replacement was performed with
conventional prostheses and compared to decellularized allografts (n =
5/group). Aortic flow and pressure were recorded continuously, left
ventricular pressure-volume relations were measured by using a pressure-
conductance catheter. From the hemodynamic variables end-systolic elastance
(Ees), arterial elastance (Ea) and ventriculoarterial coupling were
calculated. Characteristic impedance (Z) was assessed by Fourier analysis.
Results While Ees did not differ between the groups and over time (4.1±1.19
vs. 4.58±1.39 mmHg/mL and 3.21±0.97 vs. 3.96±1.16 mmHg/mL), Ea showed a higher
increase in the prosthesis group (4.01±0.67 vs. 6.18±0.20 mmHg/mL, P<0.05) in
comparison to decellularized allografts (5.03±0.35 vs. 5.99±1.09 mmHg/mL).
This led to impaired ventriculoarterial coupling in the prosthesis group,
while it remained unchanged in the allograft group (62.5±50.9 vs. 3.9±23.4%).
Z showed a strong increasing tendency in the prosthesis group and it was
markedly higher after replacement when compared to decellularized allografts
(44.6±8.3dyn·sec·cmâ5 vs. 32.4±2.0dyn·sec·cmâ5, P<0.05). Conclusions Total
aortic arch replacement leads to contractility-afterload mismatch by means of
increased impedance and invert ventriculoarterial coupling ratio after
implantation of conventional prostheses. Implantation of decellularized
allografts preserves vascular impedance thereby improving ventriculoarterial
mechanoenergetics after aortic arch replacement
Total Aortic Arch Replacement: Superior Ventriculo-Arterial Coupling with Decellularized Allografts Compared with Conventional Prostheses.
BACKGROUND: To date, no experimental or clinical study provides detailed analysis of vascular impedance changes after total aortic arch replacement. This study investigated ventriculoarterial coupling and vascular impedance after replacement of the aortic arch with conventional prostheses vs. decellularized allografts. METHODS: After preparing decellularized aortic arch allografts, their mechanical, histological and biochemical properties were evaluated and compared to native aortic arches and conventional prostheses in vitro. In open-chest dogs, total aortic arch replacement was performed with conventional prostheses and compared to decellularized allografts (n = 5/group). Aortic flow and pressure were recorded continuously, left ventricular pressure-volume relations were measured by using a pressure-conductance catheter. From the hemodynamic variables end-systolic elastance (Ees), arterial elastance (Ea) and ventriculoarterial coupling were calculated. Characteristic impedance (Z) was assessed by Fourier analysis. RESULTS: While Ees did not differ between the groups and over time (4.1+/-1.19 vs. 4.58+/-1.39 mmHg/mL and 3.21+/-0.97 vs. 3.96+/-1.16 mmHg/mL), Ea showed a higher increase in the prosthesis group (4.01+/-0.67 vs. 6.18+/-0.20 mmHg/mL, P<0.05) in comparison to decellularized allografts (5.03+/-0.35 vs. 5.99+/-1.09 mmHg/mL). This led to impaired ventriculoarterial coupling in the prosthesis group, while it remained unchanged in the allograft group (62.5+/-50.9 vs. 3.9+/-23.4%). Z showed a strong increasing tendency in the prosthesis group and it was markedly higher after replacement when compared to decellularized allografts (44.6+/-8.3dyn.sec.cm-5 vs. 32.4+/-2.0dyn.sec.cm-5, P<0.05). CONCLUSIONS: Total aortic arch replacement leads to contractility-afterload mismatch by means of increased impedance and invert ventriculoarterial coupling ratio after implantation of conventional prostheses. Implantation of decellularized allografts preserves vascular impedance thereby improving ventriculoarterial mechanoenergetics after aortic arch replacement
Scrapie Agent (Strain 263K) Can Transmit Disease via the Oral Route after Persistence in Soil over Years
The persistence of infectious biomolecules in soil constitutes a substantial challenge. This holds particularly true with respect to prions, the causative agents of transmissible spongiform encephalopathies (TSEs) such as scrapie, bovine spongiform encephalopathy (BSE), or chronic wasting disease (CWD). Various studies have indicated that prions are able to persist in soil for years without losing their pathogenic activity. Dissemination of prions into the environment can occur from several sources, e.g., infectious placenta or amniotic fluid of sheep. Furthermore, environmental contamination by saliva, excrements or non-sterilized agricultural organic fertilizer is conceivable. Natural transmission of scrapie in the field seems to occur via the alimentary tract in the majority of cases, and scrapie-free sheep flocks can become infected on pastures where outbreaks of scrapie had been observed before. These findings point to a sustained contagion in the environment, and notably the soil. By using outdoor lysimeters, we simulated a contamination of standard soil with hamster-adapted 263K scrapie prions, and analyzed the presence and biological activity of the soil-associated PrPSc and infectivity by Western blotting and hamster bioassay, respectively. Our results showed that 263K scrapie agent can persist in soil at least over 29 months. Strikingly, not only the contaminated soil itself retained high levels of infectivity, as evidenced by oral administration to Syrian hamsters, but also feeding of aqueous soil extracts was able to induce disease in the reporter animals. We could also demonstrate that PrPSc in soil, extracted after 21 months, provides a catalytically active seed in the protein misfolding cyclic amplification (PMCA) reaction. PMCA opens therefore a perspective for considerably improving the detectability of prions in soil samples from the field