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.

The study “Trace pollutants in combined sewer overflows” provides an overview on the input of trace substances (organic or inorganic trace substances) to surface waters during combined sewer overflows (CSO). The study outlines substance pathways, types of substances, expected loads as well as possible impacts on the receiving water. The study shall aid the discussion and further handling of trace substances within the project Monitor-1, which is currently carried out at the Berlin Centre of Competence for Water (KWB). The study has identified more than 300 substances, which could reach the Berlin surface water bodies via CSO. Moreover, it is assumed that there is a large number of substances and metabolites, which are still unknown. Sewage-related substances in combined sewers can stem from: household products (e.g. surfactants from cleaning agents), leaching (e.g. amines from textile colours or Bisphenol A from plastic coatings), wash-off of cosmetic products (e.g. Benzophenone-3 from sunblocks) or health lotions, excretion of ingested products (e.g. the pain killer Diclofenac). Stormwater-related substances in combined sewers can stem from abrasion from car and railway traffic (e.g. cadmium from break lining abrasion), erosion of building materials (e.g. copper from eaves gutters), application (e.g. glyphosate for weed control on pavements) or atmospheric deposition (e.g. polychlorinated dibenzofurans from exhaust fumes). In the framework of this study available substance data was assembled, containing: general information like synonyms and CAS-No., chemical properties, elimination rate in wastewater treatment plant (WWTP), observed concentrations in surface waters and toxicity. A complete list of the substances as well as selected substance properties is attached in table A6 (Appendix). Some of these substances can be used as tracers to distinguish different pollution pathways to surface waters. Suitable indicators should enter surface waters mainly via one pathway, their half-life in surface waters should be sufficiently long, concentrations should show no seasonal fluctuations and they should be well-measurable. For instance, caffeine is a good indicator for inflows of untreated sewage via CSO, as it is very well degraded in WWTP. As an indicator for treated sewage the almost nondegradable anti-epileptic Carbamazepine could be used. Finally, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) could be used as indicator for stormwater-related pollution. In road traffic, PAHs result from incomplete combustion processes, adsorb on atmospheric particles, deposit on the surface and are washed off by rainfall runoff. In this study the relevance of the path “CSO” for trace substance emissions from the Berlin wastewater system in comparison to the other paths (storm drainage and WWTP) was assessed. Therefore, a simple balance of the fraction of CSO in total emissions to the Berlin surface waters was carried out. The balance was based on the annual volumes of WWTP effluents, storm drainage and CSO. Due to a lack in substancespecific measurement information the balance was calculated dependent on the elimination rate of substances in WWTPs. Based on the resulting figures A, B, C, D and E the fraction of CSO in total loads to the Berlin surface waters can be assessed for each substance with known elimination rate in WWTPs. In the study we distinguished between: (i) sewage related substances / stormwater related substances, (ii) balance area „Berlin total“ (5 WWTPs with 622,000 m³/d, 97 km2 combined sewer system, 231 km2 storm drainage system) / balance area „Berlin city centre“ (60% of the WWTP Münchehofe with 39,000 m³/d, 83 km2 combined sewer system, 112 km2 storm drainage system) and (iii) total annual loads / event based loads.