This report summarises the theoretical design of a degasification plant to recover ammonia and carbon dioxide from organic residues, such as agricultural digestates, manure and municipal/industrial wastewater. Heat and water management had been identified as one crucial factor to optimise during this research. The chemical and physical parameters reveal the high tendency of ammonia towards water phase and underline the difficulty in ammonia stripping. Besides temperature, the volumetric gas-liquid ratio had been identified as most important factors. Regarding pH-value it had been observed, that a further increase is not sufficient once pH 9 is reached. Applied absolute pressure also has been identified of lower importance, compared to temperature and volumetric gas-liquid ratio. The latter three parameters are influencing evaporation and heat management in the desorption stage. A design model from literature according to Onda showed good correlation with the practical experiments including packings. Other column fillings as cones lead to operational problems. The understanding of the exact relations in column design are further used to design a cost-efficient process with low carbon footprint. The practical tests, as such, were reproducible, however the batch operation and limitations in the column design resulted in a limited transferability towards large scale plants. In terms of the absorption stage, the pilot needs to be further optimised to reach sufficient recovery rates. An absorption of ammonia and carbon dioxide under use of gypsum is favoured to also recover carbon dioxide and to avoid sulfuric acid dosing. In that term further tests and optimisation is needed, to have a fully quantifiable pilot system. The integration of a measure-control system is a further development step. In conclusion, the degasification process with low pressure (vacuum) reveals benefits compared to conventional air stripping in terms of heat management and the necessary gas-liquid-ratio, which has effects on column diameter and eventually column height. The necessity of aggressive chemicals dosage (as caustic in desorption) or acid (in absorption) is in view of the authors not given, hence cheap and safe alternatives (e.g. CO2 stripping) and gypsum dosage as alternative sulphur source work sufficient.

Die Simulationsergebnisse mit SIMBA# zeigten, dass mit den neu entwickelten ammoniumbasierten Regelungen und dem Air-Cycling-Konzept für MBR die Belüftung bzw. den Energieverbrauch deutlich reduziert werden konnte.An der Pilotanlage wurde demonstriert, dass mit den optimierten MSR-Konzepten stabile Ablaufwerte von CSB und Stickstoff erzielt werden können, welche mit großen Energieeinsparungen verbunden sind. Getestet wurden die ammoniumbasierten Regelungen und das Air-Cycling. Aber auch angepasste alternative MSR-Konzepte zur Optimierung der Schlammrezirkulation auf Basis der Nitratkonzentration im Ablauf und der Redoxpotential-basierten Regelung für die Belüftung der Nitrifikation wurden optimiert und getestet. Auch hier konnten sehr gute Ablaufergebnisse erzielt werden in Verbindung mit Energieeinsparungen. Allerdings wurde auch festgestellt, dass die verwendete ionenselektive Elektrode für die kontinuierliche Messung von Ammonium im Ablauf im niedrigen Messbereich (1-2 mg/L NH4-N) keine zuverlässigen Daten für eine Steuerung liefern kann.Im Rahmen des Projektes wurde auch ein neues Vorhersagemodell für Membranfouling entwickelt, um das Fouling 7 bis 14 Tage im Voraus zuverlässig vorherzusagen. Das Modell wurde dabei sowohl mit den historischen Betriebsdaten validiert und auch in der Praxis an der Pilotanlage getestet und bestätigt. Zusätzlich wurde ein Entscheidungsunterstützungs-system erarbeitet, welche die Fehlersuche und Wartung deutlich erleichtert.

Zur Verminderung von Spurenstoffeinträgen in Oberflächengewässer wurden bereits einige Kläranlagen in Deutschland und der Schweiz um eine weitergehende Reinigungsstufe (Ozon oder Aktivkohle) erweitert. Zur Erzielung einer gleichbleibenden Spurenstoffelimination und einer gleichzeitigen Vermeidung von Fehldosierungen (Kosten, Rohstoffeinsatz) werden verlässliche Messverfahren und robuste MSR-Konzepte (Mess-, Regel- und Steuerung) benötigt. Im Rahmen des Projekts „MeReZon" (Schnelle und zuverlässige Messtechnik und Steuer-/Regelkonzepte für eine weitergehende Abwasserreinigung) wurde an einer Pilot-Ozonanlage zur Behandlung von gereinigtem Abwasser untersucht, unter welchen Randbedingungen eine verlässliche Onlinemessung möglich ist. Dabei wurde u.a. die Leistungsfähigkeit eines neu entwickelten Ultraschallreinigungsmoduls zur Vermeidung einer Messwertdrift durch Fouling untersucht und mit den Sonden bzw. Reinigungsmodulen anderer Hersteller in verschiedenen Konfigurationen verglichen. Dabei wurden deutliche Unterschiede festgestellt. Darauf aufbauend wurde das bestehende MSR-Konzept der Ozonanlage optimiert und ein alternierender Messbetrieb, d.h. abwechselnde Beschickung einer Messsonde mit Zu- bzw. Ablauf der Ozonung, implementiert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem optimierten MSR-Konzept eine stabile Abnahme des SAK254 (SAK254) erzielt werden kann, welche mit der Spurenstoffelimination korreliert. Die erfolgreiche Umsetzung des alternierenden Messbetriebs ermöglicht die Ermittlung der SAK254 Abnahme mit nur einer Messsonde, was prinzipiell Vorteile bei einer Regelung der Ozondosis auf ein stabiles SAK254 mit sich bringt. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Onlinemessung der Fluoreszenz eine praktikable Alternative zum SAK254 darstellt, da diese ebenfalls eine Änderung des Ozonbedarfs integral erfassen kann und mit der Spurenstoffelimination korreliert. Die gewonnenen Ergebnisse bieten Messgeräteherstellern wertvolle Anhaltspunkte wie sie ihre Onlinesonden und Reinigungsmodule weiter optimieren können. Das entwickelte MSR-Konzept bzw. der alternierende Messbetrieb kann von Betreibern von Ozonanlagen auf kommunalen Kläranlagen zur Optimierung bestehender oder zukünftiger Anlagen genutzt werden.

This report aims to identify good practices for environmental permitting of pharmaceutical plants in some Baltic Sea (BS) countries and spread them to other countries where they are lacking or inefficient. The objective is to enhance permitting of pharmaceutical plants within current legislation framework to obtain information on their active pharmaceutical ingredient (API) emissions to municipal WWTPs (MWWTPs) and environment, resulting in improved information on pharmaceutical emissions, and aiding with direct mitigation measures when necessary. The pharmaceutical industry is highly globalized, interconnected and heterogeneous both spatially and temporally. The pharmaceutical industry includes API-production and the production of pharmaceutical products. Emissions from these activities may vary significantly. Also, as many activities are patch processes, emissions of specific substances are likely to happen only sporadically. The pharmaceutical industry may also include (re)packaging and other activities. The UNESCO & HELCOM Status Report on Pharmaceuticals (2017) [1] contains some information on pharmaceutical production in Estonia, Finland and Sweden, but no information on permitting practices of pharmaceutical plants. Thus, this report fills in identified information gaps related to the production of pharmaceuticals, e.g. by HELCOM. The working method evaluates the current national practices for environmental permitting for pharmaceutical plants in all seven countries represented in the project CWPharma (Denmark, Estonia, Finland, Germany, Latvia, Poland and Sweden) with the aim of collecting some information also from Russia. In the Baltic Sea region (BSR), wide recommendations on good practices for environmental permitting of pharmaceutical plants are proposed to initiate the process that clarifies the role of the pharmaceutical industry as a possible source of APIs and to estimate the need for measures that control the pharmaceutical industry’s emissions. Additionally, the aim is to evaluate the industrial wastewater contracts between municipal wastewater treatment plants (MWWTPs) and pharmaceutical plants in each BS country, even if this task is more difficult than the task related to environmental permitting of pharmaceutical plants. These documents are not publicly available, and thus the information on contracts proved difficult to obtain. The BSR wide recommendations are aimed at formulating good practices for industrial wastewater contracts between MWWTPs and pharmaceutical plants. The activities of this report pose very high transnational relevance in the Baltic Sea region (i.e. transnational spreading of good practices), because the recommendations are based on the current good practices in BSR countries and improvements made for them. Furthermore, the objective is that the recommendations will be utilised and implemented in all Baltic Sea countries. The information presented in this report will be used to identify priority measures at a national level to reduce pharmaceutical emissions. The results will also increase knowledge among target groups under the CWPharma project (pharmaceutical industry, operators of MWWTPs, permitting and supervisory authorities) and other relevant stakeholders through national stakeholder meetings and reports.

This report describes the contamination by pharmaceuticals and the environmental risks associated with their environmental levels in the Baltic Sea Region. Data were collected within the three-year project Clear Waters from Pharmaceuticals (CWPharma) funded by the EU’s Interreg Baltic Sea Region Programme. Sampling was performed in the river basin districts of Vantaanjoki in Finland, Pärnu in Estonia, Lielupe and Daugava in Latvia, Vistula in Poland, Warnow-Peene in Germany and Motala ström in Sweden. Analyses were performed on surface water, coastal water, sediment and soil that was fertilized with sewage sludge or manure. Analyses were also performed on emissions from municipal wastewater treatment plants, hospitals, pharmaceutical manufacturing facilities, landfills, and fish and livestock farms. In total, the study covered 13 365 data points from 226 samples as well as collection of human and veterinary consumption data of selected active pharmaceutical ingredients (APIs). Samples were screened for up to 80 APIs, representing antibiotics, antiepileptics, antihypertensives, asthma and allergy medications, gastrointestinal disease medications, hormones, metabolic disease medications, non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) and analgesics, other cardiovascular medicines, psychopharmaceuticals, veterinary medicines and caffeine. The measured APIs were selected based on analytical capacity, consumption rates, identified data gaps and potential environmental risks. Literature and databases were screened for ecotoxicological information. Acute toxicity tests were performed for two APIs, nebivolol and cetirizine, for which ecotoxicological data were lacking. Measured environmental concentrations were compared with predicted no-effect concentrations (PNEC) to assess environmental risks of the selected APIs.

During the last decades, it has become evident that some active pharmaceutical ingredients (API) have harmful environmental impacts on aquatic ecosystems. Therefore, there is a need to decrease the amount of pharmaceutical residues that end up in the environment. Information gaps related to increased awareness of the environmental impacts of pharmaceuticals in the health care sector and the promotion of sustainable consumption of pharmaceuticals have been identified in the Status Report on Pharmaceuticals in the aquatic environment of the Baltic Sea Region (BSR) published by UNESCO and HELCOM in 2017. The aim of the current report is to fill in some of the identified knowledge gaps identified in the HELCOM report, specifically increasing awareness about the environmental impacts of pharmaceuticals. In Sweden, there are good practices for healthcare professionals about how to consider the environmental impacts of medications already at the prescription phase, as well as guidelines for how to make the environmental information available and accessible to healthcare professionals and the public. The Swedish practices are described and evaluated, and the measures that can be implemented in the other BSR countries are formulated as recommendations. Eight recommendations were formulated through dialogues with stakeholders in Sweden. The recommendations are divided into four main areas i.e. education, databases and guidelines, dissemination of information to public, and collaboration among stakeholders. Some recommendations might be implemented without any large challenges or financial costs while other recommendations require large changes such as economic investments and changes in legislation. This report also contains information about existing practices in other countries in the Baltic Sea region (BSR), provided by the project partners in the CWPharma project. The countries in the BSR are currently at different levels when it comes to management of pharmaceuticals and their residues in the environment. Public awareness of the environmental impacts of pharmaceuticals differs, as do the systems for returning leftover medications. Basic education for health care personnel regarding the environmental consequences of different medications and pharmaceutical compounds exists in most of the BSR countries but the scope and content differs. One recommendation in the report is that environmental impacts of APIs should be compiled in a national, or ideally an EU level, database. As a first step, the Baltic Sea countries could investigate the possibility to establish national interfaces to the Swedish databases “Pharmaceutical and environment” (Janusinfo) or FASS. Although the data in “Pharmaceutical and environment” and FASS are not complete, they are existing platforms which provide valuable information and gather criteria important for classification. In Sweden, there are several channels for the dissemination of information about the environmental consequences of pharmaceuticals with the aim to raise public awareness regarding this subject. Examples of actions to be considered by other countries are information campaigns driven by pharmacies for returning unused and left over medications (Germany and Finland have similar campaigns), and distribution of leaflets with information about the environmental impacts of pharmaceuticals, which have proven to be efficient in raising awareness among pharmacists, doctors and the public. The collaboration of different stakeholders is one of the foremost reasons for the progress that has been made regarding pharmaceuticals in the environment in Sweden. The Swedish Medical Production Agency has set up a Knowledge Centre for Pharmaceuticals in the Environment, providing a platform for different actors to discuss environmental issues connected to pharmaceuticals. Among these actors there is a sense of a shared environmental vision with common goals. Hence, one recommendation for the BSR countries is to investigate the possibilities of establishing similar national knowledge centers within medicine agencies, or to use existing networks as a starting point to also involve other environmental issues related to pharmaceuticals and to find new collaboration possibilities. Finally, collaboration between the EU countries is crucial to successfully implement environmental aspects in the lifecycle of the pharmaceuticals.

Gülle und Gärreste werden häufig als Wirtschaftsdünger in der Landwirtschaft eingesetzt. Sie liefern sowohl organisches Material für den Boden als auch Stickstoff, der ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen ist. Oft stimmt jedoch die gesetzlich vorgeschriebene, saisonale Ausbringung der Gülle nicht mit dem Zeitpunkt des tatsächlichen Stickstoffbedarfs der Pflanzen überein. Dies führt zu einem unerwünschten Verlust des Stickstoffs für die Pflanzen durch Emissionen ins Grundwasser (Nitrat) oder in die Atmosphäre (Ammoniak und/oder Lachgas). Besonders in Regionen mit einem hohen Gülleaufkommen und einer hohen Ausbringungsrate der Gülle kann es zu starken Umweltbelastungen kommen. Um die Zufuhr des organischen Materials für den Boden von der Stickstoffzufuhr aus der Gülle für die Pflanzen zu entkoppeln, wurde in dem EU geförderten Projekt Circular Agronomics (www.circularagronomics.eu) eine Pilotanlage entwickelt und konstruiert. Die Pilotanlage soll eine „stickstoffabgereicherte Gülle“ produzieren, die als Bodenverbesserer eingesetzt werden kann. Cirular Agronomics zielt darauf ab, zwischen 80 % und 90 % des Stickstoffs, der ursprünglich als Ammonium vorlag, aus der Gülle bzw. dem Gärrest zurückzugewinnen. In einem anschließenden Gaswäscher reagiert das Ammoniakgas mit Schwefelsäure zu einer Ammoniumsulfatlösung, welche ein typischer mineralischer Stickstoffdünger ist. Dieser kann dann ausgebracht werden, wenn die Pflanze den Stickstoff benötigt und umsetzen kann. Um den Prozess der Vakuumentgasung besser zu verstehen und die optimalen Prozessbedingungen zu untersuchen, wurden im Vorfeld Laborexperimente durchgeführt. In den Versuchen wurden der pH-Wert, die Druckbedingungen und die Prozesstemperatur variiert. Die Experimente zeigten, dass bei einem pH-Wert von 9.0, einer Temperatur von 60 °C und einem absoluten Druck von 190 mbar bis zu 88 % des Ammoniums aus dem Gärrest in Form von Ammoniak abgereichert wurden. Eine CO2-Strippung vor Anhebung des pH-Wertes auf pH 9.0, verringerte zudem die notwendige Natronlaugenzufuhr zur pH-Wert-Anhebung um 30 %. Basierend auf den Ergebnissen der Experimente wurden Schlussfolgerungen für ein optimales Design der Pilotanlage abgeleitet. Derzeit wird die Pilotanlage in Betrieb genommen und erste Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse ebenfalls im Vortrag präsentiert werden.

In den letzten Jahren wurde eine steigende Anzahl organischer Spurenstoffe wie beispielsweise Medikamente, Industriechemikalien, usw. im Wasserkreislauf detektiert. Kommunale Kläranlagen stellen dabei einen wichtigen Eintragspfad solcher Stoffe in die Oberflächengewässer dar, weswegen dort ein vermehrter Ausbau der sogenannten 4. Reinigungsstufe zur Elimination der Spurenstoffe durch den Einsatz von Aktivkohle und/oder Ozon stattfindet. Für den praktischen Betrieb einer Ozonanlage sind dabei Aspekte wie Überwachung der Spurenstoffelimination sowie eine bedarfsgerechte Anpassung der Ozondosis an eine variierende Wasserqualität von großer Bedeutung. Praxiserfahrungen der letzten Jahre haben dabei gezeigt, dass der Einsatz von UV-Sonden zur Bestimmung des SAK254 bzw. dessen relative Abnahme durch die Ozonung (delta SAK254) sowohl zur Betriebsüberwachung als auch zur Regulierung der Ozondosis geeignet ist [1], weswegen die Ermittlung des delta SAK254 ergänzend zu einer periodischen Überprüfung der Spurenstoffelimination seitens des Verbands der Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute (VSA) empfohlen wird [2]. Als mögliche Alternative zur Verwendung des SAK254 wird der Einsatz von Fluoreszenzsonden diskutiert, da die Abnahme der Fluoreszenz durch die Ozonung ebenfalls eine Korrelation mit der Elimination von Spurenstoffen aufweist [3]. Derzeit werden Fluoreszenzmessungen beispielsweise zur Detektion von Algenblüten in Seen oder zur Überprüfung von Öl im Wasser eingesetzt, wohingegen nur wenige Erfahrungen zum Einsatz bei Ozonanlagen auf Kläranlagen vorliegen. Im Rahmen dieses Beitrags werden Praxiserfahrungen einer Fluoreszenz-Onlinemessung im Einsatz auf einer Ozonanlage zur Spurenstoffelimination auf Kläranlagen vorgestellt und Vor- bzw. Nachteile gegenüber einer SAK254-Onlinemessung hinsichtlich der Sensitivität, bezüglich Änderungen der Wassermatrix, Einfluss von Fouling sowie Wartungsaufwand herausgearbeitet.