When mapping out strategies for an integrated water resource management in urban areas the precipitation-conditioned influences on the quality of waters available as resource are considered in an increasing manner. Amongst water discharges from urban areas, combined sewer overflows (CSO) represent a particular impact on waters due to their dynamic character. To assess CSO impacts, especially for an integrated modelling of sewer system and surface waters, quantity and quality data from the interface combined sewer overflow is needed. A monitoring concept for CSOs in Berlin was developed in the context of the project Monitor-1 by the KompetenzZentrum Wasser Berlin. In 2009, this concept will be realised in cooperation with the Berlin water authority and the utility Berliner Wasserbetriebe. When planning and preparing a monitoring an important aspect is, adjacent from the evaluation of possible locations, the selection of suitable measuring techniques. For this, extensive tests of different online measurement techniques from reputed manufacturers were accomplished at a test facility at the TU Berlin. Apart from questions such as accuracy, response behaviour at suddenly arising load peaks or dilutions and available measuring intervals, particularly aspects of calibration, cleaning and management of the sensors were evaluated. The influence of the calibration was especially examined with the ion-selective sensors (ISE). The question was pursued, how the sensors must be calibrated to offer the greatest possible accuracy for the generally very low concentrations in surface waters and the occurrence of a sudden and precipitous rise of concentration in the case of the start of the CSO. Ammonium and nitrate were also supplemented with chemicals besides the stockpiling with waste water. An important finding was that generally all sensors are applicable for the measurement task.

Bei der Planung von Strategien für ein „Integriertes Wasser-Ressourcen-Management in urbanen Räumen" kommt der Berücksichtigung von niederschlagsbedingten Einflüssen auf die Qualität der als Ressource verfügbaren Gewässer eine zunehmende Bedeutung zu. Unter den Gewässereinleitungen aus urbanen Gebieten stellen Mischwasserüberläufe (engl. combined sewer overflows, CSO) aufgrund ihres dynamischen Charakters eine besondere Belastung für die Gewässer dar. Für eine integrierte Modellierung von Kanalnetz und Gewässer werden Mengen- und Qualitätsdaten von der Schnittstelle Mischwasserüberlauf benötigt. Ein Monitoring-Konzept für Mischwasserüberläufe in Berlin wurde im Rahmen des Projektes Monitor-1 vom KompetenzZentrum Wasser Berlin erstellt. Dieses dient der Vorbereitung einer Messphase im Folgeprojekt Monitor-2. Ein wichtiger Aspekt bei der Planung und Vorbereitung eines Monitorings ist neben der Bewertung möglicher Standorte die Auswahl geeigneter Messtechnik. Hierzu wurden umfangreiche Tests verschiedener Produkte aus dem Bereich Online-Messtechnik namhafter Hersteller an der TU Berlin an einem Versuchsstand analog zur DIN EN ISO 15839 durchgeführt. Mit den Tests sollten Fragestellungen zur Vorbereitung des Mischwassermonitorings geklärt werden. Daher wurde das Hauptaugenmerk nicht auf eine Standardisierung der Tests gerichtet, sondern versucht, die Mischwasseranforderungen nachzubilden. Getestet wurden Sensoren, die auf photometrischer Basis das UV- bzw. UV/VISSpektrum analysieren, sowie ionensensitive Sensoren. Ein Hauptaugenmerk lag dabei auf in situ einsetzbaren Sensoren. Im Wesentlichen wurden die Parameter Ammonium, Nitrat und CSB betrachtet. Für die Messung von Orthophosphat stehen am Markt derzeit keine kompakten Geräte zur Verfügung, daher wurden hier klassische Analysatoren (mit z. T. sehr kompakter Bauform) verglichen. Der Versuchsstand wurde mit Rohabwasser, Flusswasser und daraus hergestellten Mischungen beschickt. Alle Sensoren wurden parallel getestet, so dass eine gute Vergleichbarkeit der erzielten Ergebnisse gegeben ist. Neben Fragestellungen wie Genauigkeit, Ansprechverhalten bei plötzlich auftretenden Belastungspeaks bzw. Verdünnungen und verfügbaren Messintervallen wurden insbesondere die Aspekte Kalibrierung, Reinigung und Handhabbarkeit der Sonden bewertet. Der Einfluss der Kalibrierung wurde insbesondere bei den ionenselektiv arbeitenden Sonden untersucht. Dabei wurde der Fragestellung nachgegangen, wie die Sonden kalibriert werden müssen, um sowohl bei den zu erwartenden sehr niedrigen Konzentrationen im Gewässer als auch bei plötzlichem sprunghaftem Anstieg der Konzentration im Fall des Anspringens des Mischwasserüberlaufes die größtmögliche Genauigkeit zu bieten. Neben der Aufstockung mit Abwasser wurden Ammonium und Nitrat auch mit Chemikalien aufgestockt. Die Fragestellung der Datenerfassung und Weiterverarbeitung wurde mit untersucht. Zur Bewertung der Sonden wurden die Anforderungen in die Gruppen quantitative (=direkte aus den Versuchen bewertbar), qualitative (=Literatur- und Herstellerangaben sowie eigene Erfahrungen) und zusätzliche Kriterien(=Herstellerangaben zu Messeigenschaften) unterteilt. Die Ergebnisse aller Sonden lagen dicht beieinander. Eine wichtige Erkenntnis der Untersuchungen ist, dass die getestete Onlinemesstechnik grundsätzlich für den Einsatzzweck in Frage kommt. Zu beachten sind allerdings die jeweiligen Anforderungen und Hinweise der Hersteller zur geeigneten Platzierung der Geräte. Eine große Bedeutung zur Erzielung der gewünschten Genauigkeit kommt der Auswahl und richtigen Durchführung der geeigneten Kalibriermethode zu.

In combined sewer systems domestic, trade and industrial waste water and in case of rainfall events significant volumes of storm water are collected and transported to wastewater treatment plants (wwtp). In the frame of this study a literature review on the impact of combined water inflow on wastewater treatment and the identification of critical system processes and parameters has been carried out. The objective of this work was to study the possibilities of an optimal charging of wwtps during rain and to analyse in how far those concepts could be transferred to Berlin plants. When the inflow of combined sewage to the wwtp increases, screening waste increases, too. However, this is no problem if the screening capacity is sufficient. In the primary settler the formation of primary sludge increases due to the higher inflow load. Concerning dissolved substances there can be an adverse effect when the highly concentrated content of the primary settler is pushed into the biological tanks. To ensure a reliable separation of the primary sludge a hydraulic residence time of 30 minutes is recommended. In literature, the processes of nitrification, biological P removal and the separation of the activated sludge in the final clarifier have been identified as being most critical during combined water inflow. Usually, effluent concentrations of the critical parameters increase only at the beginning of a rain event. Due to the dilution effect that typically can be observed after a maximum duration of 2 hours the concentrations then keep constant again. The process of biological P elimination can be supplemented by chemical P precipitation to avoid critical effluent concentrations during combined water inflow. In the aerated zone the oxygen content can be regulated to improve P incorporation. In the past, in Germany combined water inflow to the wwtp was limited to 2*Qwastewater+Qinfiltration (according to the standard ATV-A 131, 1991). However, the treatment capacity of wwtps that have been designed according to ATV-A 131 (1991) may exceed this value. According to the standard ATV-DVWK-A 198 an inflow of 3-6 times the average dry weather flow may be possible. In literature it can be found that factors of 3 to max. 4 have been realized successfully. Hence, in praxis the peak factor for combined water inflow is rather in the lower range given in ATV-DVWK-A 198. In Berlin the approach given in ATV-DVWK-A 198 will not be applicable. Since wastewater transport is realised via long pressure mains the dilution by stormwater reaches the wwtps only after 5-10 hours. In contrary to wwtps that are directly connected to a gravity sewer system, this Berlin situation leads to long-lasting disturbances of the processes in the activated sludge tanks and in the final clarifiers. However, it must be mentioned that only few information was available on the behavior of the Berlin wwtps during combined water inflow (mainly inflow data). At some wwtps (Stahnsdorf and Ruhleben) an adapted sporadic increase of the inflow rates during rain may be possible. The “bypass process” and an adapted oxygen regulation may be further interesting options for the management of combined water at the wwtp. However, the “bypassprocess” has not yet been tested in situations with long-lasting (5-10 hours) high load situations. The most important options for the reduction of combined water overflows in Berlin will still be the unsealing of currently impervious surfaces, the reconfiguration of the combined sewer system into a modified system (preventing stormwater to enter the combined sewer), the prevention of stormwater inflow into the sanitary sewers of the separate system and the construction and (real-time) control of storage capacities within the combined sewer system. In the future it would be desirable to charge the Berlin wwtps in accordance to their actual capacities based on measurement information. Thus, an optimisation between combined water treatment (reduction of combined water overflows) and the capacity and resilience of the plant could be realised. Therefore, a system for the assessment of the actual capacity of a wwtp (nitrification, final clarification) would be needed.