Im Forschungsprojekt KURAS wurde eine Methode vorgeschlagen, mit der Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung für konkrete Stadtquartiere ausgewählt und platziert werden können. Hinsichtlich der möglichen Ziele geht die Methode über die wasserwirtschaftliche Wirkung hinaus und betrachtet zusätzlich Effekte auf Umwelt (Grundwasser, Biodiversität) und Bewohner (Stadtklima, Freiraumqualität, Gebäudeebene) sowie den Aufwand an Kosten und Ressourcen. Grundlage der Methode sind die lokalen Gegebenheiten; diese werden verknüpft mit einer Bewertung von 27 Maßnahmen, von der Gebäudeebene bis zum Kanaleinzugsgebiet. Die Methode wurde im Rahmen eines Planspiels für zwei Berliner Bestandsquartiere angewendet. Es zeigte sich, dass (i) eine integrierte Planung von Regenwasserbewirtschaftung sehr vorteilhaft sein kann und (ii) angestrebte Effekte mit der Methode in einem hohen Maße erreicht werden können. Die gezeigten Arbeiten sind das Ergebnis einer Zusammenarbeit zahlreicher Projektpartner.

Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung können Probleme der versiegelten Stadt wie die Belastung urbaner Oberflächengewässer und städtische Hitzeinseln vermindern und gleichzeitig die biologische Vielfalt und die Freiraumqualität verbessern. Um dieses Potenzial gezielt einsetzen zu können, wurden im vorliegenden Leitfaden die Vorteile und der Aufwand dieser Maßnahmen konsequent quantitativ bewertet. Ausgehend von dieser Bewertung wurde im Rahmen von KURAS eine Methode entwickelt, die eine integrierte Planung von Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung für konkrete Stadtquartiere unterstützen kann. Sie verknüpft lokale Anforderungen mit der Maßnahmenbewertung, um geeignete und machbare Maßnahmen auszuwählen und im Stadtquartier zu platzieren. Neben Einzelmaßnahmen wurden in einem Planspiel auch durch die KURAS-Methode erstellte Maßnahmenkombinationen für zwei Berliner Stadtquartiere hinsichtlich ihrer Effekte quantitativ bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass eine gezielte Kombination von Maßnahmen über die Ebenen der Stadt hinweg - vom Gebäude über das Quartier bis zum Kanaleinzugsgebiet - die angestrebten Effekte für Umwelt und Bewohner deutlich erreicht.

Für die anstehenden bzw. bereits durchgeführten Sanierungen der kurz- und mittelfristig zu behebenden Schäden von Abwasserkanälen gilt das Schlauchlinerverfahren als das am häufigsten angewandte Renovierungsverfahren [1]. Dabei wird ein flexibler Schlauch aus Trägermaterial mit einem Reaktionsharz getränkt und in der Regel über einen Schacht in die zu renovierende Abwasserhaltung eingebracht. Dort wird der Schlauchliner mit Wasser- oder Luftdruck formschlüssig an die Rohrwandung des Altrohres gepresst. Durch das anschließende Aushärten des Reaktionsharzes entsteht ein neues muffenloses und gewebeverstärktes Kunststoffrohr in der bestehenden Rohrleitung [2]. Der erste Schlauchliner wurde 1971 von der Thames Water Authority in London für die Sanierung eines gemauerten Mischkanals mit dem Insituform®-Verfahren installiert, so dass frühe Schlauchliner in wenigen Jahren ihre prognostizierte Lebenserwartung erreicht haben werden [3]. Die prognostizierte Lebensdauer ist zwar nicht festgelegt, wird aber in der internationalen Literatur oft mit 50 Jahren angegeben (z.B. [4, 5]). Auch die Standard-Spezifikationen für Installation von Linern des australischen Wasserversorgers Sydney Water fordert eine Lebenserwartung von 50 Jahren [6]. Eine Umfrage von Technologieprovidern durch das Florida Department of Transportation (FDOT) ergab, dass Schlauchliner (CIPP) eine Verlängerung der Lebensdauer von schadhaften Kanälen von 45 Jahren bewirken [7]. In einem Bericht des Midwest Regional University Transportation Center (USA) wurde die Lebenserwartung (design life) von Schlauchlinern sogar mit 50-100 Jahren angegeben [8]. In Deutschland wurde vor etwa 10 Jahren von der DWA bzw. LAWA noch eine Abschreibungszeit für Renovierungsmaßnahmen wie das Schlauchlinerverfahren von lediglich 25-40 Jahren angenommen (Erneuerungsmaßnahmen: 80 Jahre) [9]. Im DWA-Arbeitsblatt DWA-A 143-3 von 2012 sind mittlerweile Minimalanforderungen an das Material und daraus abgeleitete Materialkennwerte vor dem Hintergrund einer zu erreichenden Lebensdauer des Produkts von mindestens 50 Jahren definiert [10]. Auch von Hoppe (2008) wird in einem Artikel zur Lebenserwartung von Schlauchlinern das Fazit gezogen, dass eine Lebenserwartung von 50 Jahren wahrscheinlich ist und sogar die Nutzungsdauern von Neubaumaßnahmen erreicht werden können [9]. Ob die angenommene Lebenserwartung nun tatsächlich erreicht wird ist Gegenstand zahlreicher Diskussionen, insbesondere da es noch keine 50 Jahre alten Liner gibt. Untersuchungen an gealterten Linern nach mehrjährigem Betrieb lassen jedoch auch schon vor Erreichen der prognostizierten Lebensdauer Aussagen über die Lebenserwartung von Schlauchlinern zu, die in diesem Bericht zusammengefasst werden. Dies trifft insbesondere auf Untersuchungen zu, in denen Materialproben entnommen und auf Materialkennwerte untersucht wurden, die eine Aussage hinsichtlich der Standsicherheit und Langlebigkeit zulassen. Aber auch aus Kamera-Inspektion gealterter Liner können Erkenntnisse zur Lebensdauer von Linern gewonnen werden. In diesem Bericht werden die Ergebnisse einer Literaturrecherche zusammengefasst, die sich auf Aspekte der Lebenserwartung von Schlauchlinern sowie Probenahme- und Untersuchungsmethoden konzentriert. Der Fokus lag dabei auf deutschen sowie internationalen Studien, in denen Laboranalysen von Linerproben nach mehrjährigem Betrieb durchgeführt und ausgewertet wurden. Damit soll diese Studie einen Beitrag zur Beantwortung der Frage leisten, ob die Annahme einer Lebenserwartung von Schlauchlinern von 50 Jahren oder mehr realistisch 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 unter- sucht. Das Programm umfasste mehr als 100 Spurenstoffe einschließlich 20 Biozide bzw. Pestizide. Die höchsten Konzen- trationen dieser Stoffgruppe wurden für Mecoprop (max: 6,9 µg/L) und Glyphosat (max: 4,6 µg/L) gefunden. Für die Mehr- zahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. Für einige Substanzen (z.B. Carbendazim, Terbutryn) und Einzugsgebiete wurden im Regenwasserabfluss Umweltqualitätsnormen (UQN) für Ge- wässer überschritten. Proben, die zusätzlich bei Regenwetter in einem Fließgewässer genommen wurden, zeigen, dass es auch im Gewässer zur Überschreitung von zulässigen Höchst- konzentrationen (ZHK-UQN) bei Regen kommen kann.

Beside inputs from wastewater treatment plants, untreated stormwater runoff can also be an important source of pollutants affecting urban surface waters. To evaluate the relevance of micropollutants in urban stormwater runoff for the city of Berlin, an event-based, one-year monitoring program was conducted in five homogeneous catchments of different urban structure types. Volume proportional samples were analysed for a comprehensive set of ~100 micropollutants (e.g. biocides/pesticides, plasticisers, flame retardants, PAH, heavy metals) as well as standard parameters (TSS, total P, phosphate, ammonium, COD, BOD). Micropollutant concentrations found in stormwater runoff were extrapolated to annual loads for the city of Berlin (impervious connected area of ~170 km2) based on the concentration patterns found in each of the five specific city structure types. Results show that micropollutants of several substance types can enter Berlin surface waters at loads in the order of 10-700 kg/yr via stormwater runoff. These loads are in a similar order of magnitude as micropollutants that enter Berlin surface waters via (treated) sewage, such as pharmaceutical residues carbamazepine or ibuprofen.

Aufgrund einer unzureichenden Spurenstoffelimination in der konventionellen Abwasserbehandlung, bilden Klärwerke einen wichtigen Eintragspfad anthropogener organischer Spurenstoffe in Oberflächengewässer. Zum Abbau der Belastung durch organische Spurenstoffe im Klarlauf rüsten nach und nach Klärwerke mit einer vierten Reinigungsstufe auf. Dabei wird zur Entfernung der Spurenstoffe auf Aktivkohle oder Ozonung zurückgegriffen. Für die entsprechenden Modifikationen der Klärwerke werden zuvor häufig aufwendige Pilotuntersuchungen durchgeführt, um die entsprechenden Prozessparameter für die Auslegung zu bestimmen. Um diesen Prozess zu umgehen und die damit entstehenden Mehrkosten und Arbeitskräfte zu reduzieren oder gar einzusparen, sollten Pilotierungen durch schnelle, aussagekräftige Experimente im Labormaßstab ausgewechselt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Testmethode zu der Ozonung durchgeführt und der Einfluss der Zugabeart, der Temperatur, der Wassermatrix und des Gehalts an DOC und Nitrit untersucht. Für die Validierung der Simulationsumgebung und der Vorhersage des Spurenstoffabbaus in Abhängigkeit von den Einflussfaktoren wurden entsprechende Versuche in dem Institut für Wasserreinhaltung an der Technischen Universität Berlin durchgeführt. Die Testmethoden eines Batch-Verfahrens, bei der eine variierende Menge an hochkonzentrierter Ozonlösung in dem konstant gehaltenen Probevolumen gegeben wird, wurde mit der indirekten Messung der Ozonexposition durch Indigo (DIN 38408-3) gekoppelt und verschiedenen Variationen der Einflussparameter ausgesetzt. Neben der Indigomessmethode wurde auch die Alternative mit Nitritquench ausprobiert und festgestellt, dass diese sich dafür nicht eignet. Durch das Testen der Zugabeart konnte festgestellt werden, dass eine 1: 2 Dosierung einer 2-Punktinjektion am effektivsten für die Elimination der meisten Spurenstoffe ist. Des Weiteren führte eine Variation der Probentemperatur bei Batch-Versuchen zu einer Senkung der Ozonexposition und zu keinen nennenswerten Einflüssen auf die Spurenstoffelimination. Drei Kläranlagenabläufe aus unterschiedlichen Regionen Deutschlands mit unterschiedlichen pH-Werten, DOC- und Nitritkonzentrationen wurden verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass die Korrektur des Ozoneintrags um einen Nitritfaktor und der Bezug auf den DOC zwar ein gutes Instrument darstellen, um unterschiedliche Wassermatrizen vergleichbar zu machen, jedoch nicht ganz ausreichend ist. Während die Kläranlagenabläufe ähnliche Ergebnisse der Spurenstoffelimination bei der Auftragung über SAK254 liefern, wurden bei der Auftragung von Spurenstoffs Abbau über EDOC,korr einige Diskrepanzen festgestellt, die nicht durch eine pH-Wert Korrektur wettgemacht werden konnten. Analog sah die Situation auch bei der Ozonexposition aus. Dies lässt sich durch die verschiedene Zusammensetzung des organischen Materials und der Menge an als Radikalfänger agierenden Stoffen im Kläranlagenablauf erklären. Nichtsdestotrotz erwies sich ein linearer Zusammenhang zwischen dem delta SAK254 und der Elimination jeden Spurenstoffes, der als ein robustes Instrument zu der zu erwartenden Entfernung bei einem bestimmten Ozoneintrag verwendet werden kann, allerdings nur, wenn pH-Wert ebenfalls mitberücksichtigt wird. Zur Vorhersage der Spurenstoffelimination wurden auch die theoretischen möglichen OHRadikalexpositionen aus den Ozonexpositionen berechnet. Dabei ergaben sich bei allen Kombinationsmöglichkeiten sehr große Varianzen, von denen keine den realen Messwert getroffen hat.

The aim of this thesis, carried out within the course 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 within the scope of the thesis were 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. 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-2·d-1 and a daily ammonium degradation efficiency of 72.75% to a mean ammonium effluent of 12.26 mg·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.