This study was done in connection with the EU-funded project POWERSTEP. Powerstep, with various research-work packages, is positioned to help conceptualise waste water treatment facilities as energy suppliers. The goal of the study is to evaluate if micro-filtration, as part of an expanded pre-treatment stage, can provide organic matter for digestion while allowing stable treatment conditions in sludge activation.

One aim of the EU-funded research Project POWERSTEP is to investigate the applicability of duckweed in wastewater treatment in removing nitrogen based on the principle of the APS duckweed plant system. The motivation for this investigation is the intended combination of the Hydrotech drum filter with the APS duckweed plant system at case study one of the POWERSTEP project. The goal is to demonstrate and market a new wastewater treatment concept heading towards energy positive wastewater treatment plants. The investigations were first carried out on a laboratory scale to identify suitable duckweed species, the optimal duckweed mat density, relative growth rate (RGR), doubling time and the ammonium removal under the given conditions at the case study. Subsequently, the results were used to test on a large scale on a sewage treatment plant. From the four tested duckweed species Lemna Minor, Lemna Minuta, Landoltia Punctata and Spirodela Polyrhiza, the species Lemna Minor and Landoltia Punctata adapted best to the given wastewater composition. In a mix population of Lemna Minor and Landoltia Punctata a mat density of 0.075 g· cm-2 was determined to be best in suppressing competitive submerged algae growth and enabling duckweed relative growth rates of 0.072 d-1 and doubling times of 9.93 days. Based on the APS duckweed plant system, mean daily ammonium removal of 0.56 g N· m-2d-1 and a daily ammonium degradation efficiency of 72.75% to a mean ammonium effluent of 12.26 m·l-1 was shown at a lab-scale for a retention time of 24 hours. Based on the results of this research, it can be concluded that the principle of the APS duckweed plant system under the use of Lemna Minor and Landoltia Punctata can be applied to remove ammonium from wastewater achieving high reduction rates. The experiment on the wastewater treatment plant shows that the effectiveness of the purification process is heavily dependent on climatic conditions. For example, in the summer the duckweed had a total nitrogen(TN) removal rate of 40-70%, while in winter it was only 17-40%. There were also great difficulties due to the occurrence of heavy storms. The plant switched off and was destroyed in many places which led to a dying of duckweed. There were also problems with the harvest of duckweed. Due to poor flow conditions, duckweed was not easy to clear off and could not be harvested.

As in most of the cities around the world, in the last 30 years Latin-American ones have focused on investing in building infrastructure to provide sewer and water services to the communities. However, these infrastructures are going aging day to day. The municipalities need to extend management activities by the development of support tools such as deterioration models to face the aging problem. In the literature of sewer asset management, SVM has been a useful tool to predict and forecast the structural condition of pipes. In this work, the use of differential evolution method as optimization tool was implemented to find the optimal hyper-parameters for SVM models. The SVM models were applied in the main cities of Colombia (Bogota and Medellin) given as a result that the optimized SVM model provides less than 5% of deviation in the prediction of structural conditions in both cities.

In order to reduce energy requirements of wastewater treatment plants, sludge disintegration in form of thermochemical hydrolysis is considered as an alternative method for sludge treat-ment. It is supposed to improve biogas yield by means of improved biodegradation, thus in-creasing energy production. However, accumulation of persistent organic matter has been re-ported as a result of thermochemical hydrolysis. To examine the effects, thermochemical hy-drolysis of excess sludge and thickened excess sludge has been carried out in the laboratory in the temperature range of 50 °C to 90 °C with a base addition of 0,02 gNaOH/gTS to 0,08 gNaOH/gTS. The treated sludge was then analysed in biomethane potential tests regard-ing its biogas yield and in Zahn-Wellens-Tests concerning the accumulation of persistent or-ganic matter. Due to complications in both experiments a methodology which solved these issues had to be developed first. Only the experiments done after the completion of this meth-odology were evaluated. The biomethane potential test resulted in an increase of biogas yield in nearly all tests. Optimal conditions were found at 70 °C and with 0,08 gNaOH/gTS with an increase of 26 % in biogas yield to 272 NmL/g oTR. Only one Zahn-Wellens-Test could be fully evaluated due to foaming problems. The treated sludge showed an increased formation of refractory COD from the initial VS of the samples. The conversion factor rose with an increased base addition. 3,15 % of VS of the untreated sample were converted into refractory COD, whereas it was 5,15 % for the sample treated at 70 °C and with 0,08 gNaOH/gTS. To obtain generalizable statements for wastewater treatment plants, foaming problems should be re-duced and further experiments carried out to verify the found results.

In dieser Arbeit wird die Eignung von zwei Vertikalbodenfiltern, die an einer Ozonung (O3) zur weitergehenden Spurenstoffelimination im Kläranlagenablauf nachgeschaltet werden, untersucht. Die Bodenfilter unterscheiden sich primär in den verwendeten Filtermaterialien: Sand, als konventionelles Füllmaterial (BF1), und BioChar als alternatives Substrat (BF2). Letzteres setzt sich aus Lava- und Pflanzenkohle zusammen und soll auf Grund der zusätzlichen adsorptiven Reinigungsleistung für eine weitergehende Spurenstoffelimination sorgen. Die Pilotanlage wurde während des Versuchszeitraums wöchentlich an vier Messstellen (Zu- und Ablauf der Ozonanlage, Abläufe beider Bodenfilter) beprobt und hinsichtlich Wasserqualitätsparameter und Spurenstoffe untersucht. Die ausgewählten Spurenstoffe stammen aus den Bereichen Pharmazie, Landwirtschaft und Industrie. Allgemein sorgten die Bodenfilter für eine Verbesserung der Wasserqualität, welche sich unter anderem durch eine Reduktion des CSB und des DOC äußerte. Der CSB verringerte sich von 28,8 mg/L (Ablauf Ozonung) auf 18,4 mg/L (BF1) bzw. 17,4 mg/L (BF2), der Nitratgehalt von 12,1 mg/L auf 10,1 mg/L (BF1) bzw. 8,5 mg/L (BF2). Ebenfalls sorgten beide BF für eine Verminderung des Gesamtphosphors, welcher von 0,44 mg/L auf 0,11 mg/L (BF1) bzw. 0,27 mg/L (BF2) reduziert wurde. Der gelöste Phosphoranteil und das Orhophosphat reduzierten sich ebenfalls im BF1 (Pgel um 0,06 mg/L und oPO4 um 0,03 mg/L), wohingegen diese Fraktionen im BF2 um 0,10 mg/L (Pgel)und0,13mg/L (oPO4) anstiegen. Bei den Spurenstoffen zeigte die Ozonanlage hohe Wirkungsgrade (> 95%) bei einigen Substanzen, wie zum Beispiel für Diclofenac und Carbamazepin. Im BF1 lassen sich keine zusätzliche Elimination der Spurenstoffe feststellen. Wohingegen im BF2 eine weitergehende Elimination auf Grund der adsorptiven Wirkung bei vier Substanzen (Candesartan (CAN), Benzotriazol (BTA), Metoprolol (MTP), Oxipurinol (OXP)) zu beobachten war. Während des Versuchszeitraums sind sehr hohe Eliminationsleistungen (> 95%) in der Verfahrenskombination O3 + BF2 bei den Spurenstoffe MTP und BTA zu verzeichnen. Dabei waren die Unterschiede bei BTA deutlich ausgeprägter: der Wirkungsgrad stieg von 74,5 (O3 + BF1) auf 90,5% (O3 + BF2). Der größte Unterschied innerhalb der BF bestand bei OXP. Dort erhöhten sich die Wirkungsgrade von 43,1% auf 88,7%. Gegen Ende des Versuchszeitraumes deutete sich eine Abnahme der Eliminationsleistungen von CAN und OXP an, welches auf eine Erschöpfung des Sorptionspotentials schließen lässt. Ähnliche Tendenzen zeigen sich bei Raumfiltern, welche mit Aktivkohle gefüllt sind. Daher ist davon auszugehen, dass sich die Leistungsfähigkeiten des BF2 mit steigender Betriebsdauer denen des BF1 angleichen. Insgesamt eignen sich Vertikalbodenfilter für die Aufbereitung von ozoniertem Abwasser. Im Vergleich zu konventionellen Raumfiltern weisen sie einen geringeren Wartungsaufwand auf, besitzen aber einen deutlich höheren Platzbedarf (Faktor 1700). Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen darauf schließen, dass die weitergehende Spurenstoffelimination der Bodenfilter vergleichbar mit ähnlich gefüllten Raumfiltern ist.

Im Rahmen einer etwa zweijährigen Studie wurde für Berlin erstmals das Ausmaß der Belastung von Regenabfluss mit Spurenstoffen durch ein einjähriges Monitoringprogramm in Einzugsgebieten unterschiedlicher Stadtstrukturtypen (Altbau, Neubau, Gewerbe, Einfamilienhäuser, Straßen) untersucht. Insgesamt wurden über 90 volumenproportionale Mischproben auf etwa 100 Spurenstoffe analysiert (z.B. Phthalate, Pestizide/Biozide, Flammschutzmittel, PAK, Schwer-metalle), von denen ein Großteil (>70) detektiert wurde. Die höchsten Konzen-trationen an organischen Spurenstoffen wurden für Phthalate gefunden (DIDP+DINP: Ø 12 µg/L), während Schwermetalle von Zink dominiert wurden (Ø 950 µg/L). Für die Mehrzahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. In einem Fließgewässer genommene Proben zeigen, dass für einige Substanzen (z.B. DEHP, Carbendazim, einige PAK) Umweltqualitätsnormen im Gewässer bei Regen überschritten werden können. Eine Hochrechnung der über das Regenwasser in die Gewässer gelangenden Spurenstofffrachten für Gesamt-Berlin hat ergeben, dass Frachten regenwasserbürtiger Spurenstoffe in der gleichen Größenordnung wie schmutzwasserbürtige Spurenstoffe liegen können.

Phosphorus (P) is a limited resource, which can neither be synthesized nor substituted in its essential functions as nutrient. Currently explored and economically feasible global reserves may be depleted within generations. China is the largest phosphate fertilizer producing and consuming country in the world. China's municipal wastewater contains up to 293,163 Mg year of phosphorus, which equals approximately 5.5% of the chemical fertilizer phosphorus consumed in China. Phosphorus in wastewater can be seen not only as a source of pollution to be reduced, but also as a limited resource to be recovered. Based upon existing phosphorus-recovery technologies and the current wastewater infrastructure in China, three options for phosphorus recovery from sewage sludge, sludge ash and the fertilizer industry were analyzed according to the specific conditions in China.