In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde die chemische Reinigung (‚Chemical Enhanced Cleaning‘, CEC) einer kapillaren Nanofiltration (NF) im Pilotmaßstab im Rahmen des Projektes AquaNES am Standort Berlin untersucht. Die Pilotanlage wird anoxisch betrieben, um Membranfouling entgegenzuwirken. Für die Optimierung der chemischen Reinigung wurde die kombinierte Reinigung von Säure-Lauge-Säure durchgeführt, was zu verschlechterten Rückhalteeigenschaften geführt hat. Zusätzlich wurde Salzsäure (HCl) zum Reinigungsprozess hinzugefügt, wodurch eine Regeneration des Transmembrandrucks (‚Trans Membrane Pressure‘, TMP) >100 % erzeugte wurde. Die Effektivität der Reinigung auch nach Verringerung der Ascorbinsäurekonzentration zeigte, dass HCl Ascorbinsäure (Asc, C6H8O6) als saure Reinigungschemikalie ersetzen könnte. Der Druckverlust über die Membran (‚Pressure Drop‘, PD) wurde durch Störungen im Betrieb stark negativ beeinflusst und konnte über die Durchführung eines Luftintegritätstests (‚Air Integrity Test, AIT) regeneriert werden. Mit der zusätzlichen Verlängerung des Rückspülintervalls und der damit verbundenen geringeren Foulingbelastung der Membran konnten die Chemikalienkosten für die Reinigung um über 90 % reduziert werden. Weiterführende Versuche müssen die beobachteten Zusammenhänge validieren.

Das Verbundprojekt „TestTools“ hat vielfältige Untersuchungen zur Verwendbarkeit unterschiedlicher Testmethoden hinsichtlich des Spurenstoffverhaltens in natürlichen und technischen Barrieren durchgeführt. Entsprechend der gewonnenen Ergebnisse können die folgenden knapp zusammengefassten Aussagen getätigt werden. Zur Pulveraktivkohle-(PAK)-Dosierung im Labor sollten benetzte, entgaste Stammsuspensionen, die in Reinstwasser angesetzt werden, in Verbindung mit Laborpipetten verwendet werden; mit geringem Zusatzaufwand können dabei auch der PAK-Wasser- und -Aschegehalt bestimmt werden. Die Kontaktherstellung mit der Testflüssigkeit sollte auf eindimensionalen Horizontalschüttlern erfolgen. Der Surrogatparameter UV254nm-Absorption eignet sich in den meisten Fällen unabhängig von der PAK-Sorte zur Prognose der Spurenstoffentfernung. Die neuartige Initialisierung des Equivalent Background Compound Models (EBCM) mittels Wasserqualitätsparametern (z. B. DOC) wurde validiert. Methylorange eignet sich als definiertes Surrogat für Adsorptionskonkurrenz durch Hintergrundorganik. UV254 eignet sich auch für kontinuierlich betriebene, großskalige Pilot- und Großanlagen zur Kontrolle und Überwachung der Spurenstoffentfernung. Eine Batchprozedur zur Vorhersage von Spurenstoffentfernungen auf PAK-Rezirkulations-Großanlagen wird vorgeschlagen. Rapid small-scale column tests (RSSCTs) werden im Vergleich mit großskaligen Daten trotz einiger Einschränkungen als geeignete Methode für schnelle und verlässliche Tests mit granulierter Aktivkohle (GAK) bestätigt. Größere RSSCTs bringen weniger Einschränkungen aber einen deutlich höheren Aufwand mit sich. GAK-Batchtests sind nur bedingt geeignet. Integrale Durchbruchskurven unterliegen deutlich weniger Schwankungen als direkte („aktuelle“) Durchbruchskurven. Abgleiche zwischen den Durchbrüchen in verschiedenen Wässern können mittels Auftragungen über spezifische Durchsätze von bestimmten Wasserqualitätsparametern (aus der größenausschluss-chromatographischen Trennung des DOC) erreicht werden. Surrogatparameter wie UV254 eignen sich nur bedingt zur Vorhersage, insbesondere bei stark adsorbierenden Spurenstoffen. Die Nützlichkeit künstlicher Surrogatparameter muss noch geklärt werden. Ozon-Laborversuche im Batch bzw. Semi-Batch-Methoden liefern vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Spurenstoffelimination, haben jedoch unterschiedliche Vor- und Nachteile bei der praktischen Umsetzung. Der Feststoffeinfluss auf die ozon-induzierte Spurenstoffelimination ist gering und erst ab ca. 20 mg/L Trockensubstanz relevant. Temperatur und pH-Wert haben ebenfalls wenig bis keinen Einfluss; allerdings beeinflussen sie die ermittelten Ozonzehrungsverläufe. Über die UV254-Absorption (SAK254) können gute Vorhersagen der Spurenstoffelimination getätigt werden. Die Bromatbildung fiel in Batch- und Semi-Batch-Versuchen teils unterschiedlich aus; die Bildung von Bromat oder NDMA wird gegenüber Pilot- oder großtechnischen Anlagen tendenziell überschätzt. Von 18 kommunalen Kläranlagen wurden die Eliminationen verschiedener Spurenstoffe bzw. des delta SAK254 bezüglich des spez. Ozoneintrags ermittelt, was für Referenzzwecke nutzbar ist. Interne OH-Radikaltracer waren in allen 18 untersuchten Kläranlagen anzutreffen, was zur Ermittlung der OH-Radikalexposition als auch zur Qualitätssicherung genutzt werden kann. Die Modellierung basierend auf Ozon- und OH-Radikalexposition führte zu teils deutlichen Überschätzungen der Spurenstoffelimination. Die Ergebnisse einer Umfrage zeigen eine überwiegend sehr gute Informationslage bei den Stakeholdern. Zur biologischen Nachbehandlung des ozonierten Klarlaufs wird von den befragten Personen der Einsatz von Filtersystemen, insbesondere solchen mit granulierter Aktivkohle, empfohlen. Aufgrund der sehr komplexen Zusammenhänge in naturnahen biologischen Barrieren, wie beispielsweise der Uferfiltration oder der künstlichen Grundwasseranreicherung, sind schnelle Testmethoden nur bedingt aussagekräftig. Erkenntnisse der letzten Jahre deuten darauf hin, dass kleine Unterschiede in der Verfügbarkeit von Sauerstoff oder biologisch verfügbarem organischen Kohlenstoff bereits erhebliche Unterschiede in der Elimination bestimmter organischer Spurenstoffe haben. Neben den chemischen Parametern hat die Zusammensetzung der Mikrobiozönose einen entscheidenden Einfluss auf die Abbauleistung. Insgesamt eignen sich einfach durchzuführende Laborschnelltests daher nicht, die hohe Komplexität naturnaher Untergrundprozesse darzustellen. Lediglich eine gute Abbaubarkeit unter oxischen Verhältnissen lässt sich vergleichsweise gut anhand von Kleinsäulentests im Labormaßstab abbilden.

Closed Circuit Television Inspection is used since decades as industry standard for sewer system inspection and structural performance evaluation. In current practice, inspection data are helpful to support asset management decisions. However, the quality and uncertainty of sewer condition assessment is rarely questioned. This article presents a methodology to determine the probability to underestimate, overestimate or accurately estimate the real condition of a pipe using visual inspection. The approach is based on the analysis of double inspections of the same sewer pipes and has been tested using the extensive data-set of the city of Braunschweig in Germany. Results indicate that the probability to inspect correctly a pipe in poor condition is close to 80%. The probability to overestimate the condition of a pipe in bad condition (false negative) is 20% whereas the probability to underestimate the condition of a pipe in good condition (false positive) is 15%. Finally, sewer condition evaluation can be used to assess the general condition of the network with an excellent accuracy probably because the respective effects of false positive and false negative are buffered. © 2017 Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group.

Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe von Sozial Media Daten Starkregenereignisse auszuwerten und Überflutungskarten zu erstellen. Da Starkregen in Deutschland in Zukunft häufiger auftreten wird, erscheint es sinnvoll, Methoden zu entwickeln, die, auch perspektivisch proaktiv, bei der Auswertung, Lokalisierung und Ausmaß von Ereignissen helfen können. Das Konzept, Social Media Daten zu nutzen, ist nicht neu. Es ist als „Crowdsourcing“ bekannt und wird bereits seit Jahren in vielen Bereichen eingesetzt. Es wurden insgesamt zwei Starkregenereignisse zur Untersuchung ausgewählt. Das erste Ereignis fand vom 29.06.2017 bis zum 30.06.2017 statt. Das zweite Ereignis ging vom 22.07.2017 bis zum 29.07.2107. Die Regenmengen der beiden Regenereignisse wurden mithilfe von Regenschreiberdaten der Stadt Berlin ausgewertet. Die Social Media Daten wurden von den Plattformen Facebook, Twitter, YouTube und Google gesammelt, entsprechenden Orten in Berlin zugeordnet und ausgewertet. Mit diesen Daten ließen sich Überflutungskarten erstellen. Hinzu kamen die Einsatzdaten der Berliner Feuerwehr im Rahmen dieser Ereignisse. Die anhand der Social Media Daten erhaltenen Überflutungsdaten wurden mit den Regenschreiberdaten und den Feuerwehreinsatzdaten abgeglichen und auf ihre Korrelationen untersucht. Die drei Datensätze für sich alleine genommen haben Vorteile und Nachteile ergänzen sich aber gegenseitig sehr gut. Bei einem Abgleich lässt sich dann ein Ereignis gut in seiner Länge und in seinem Ausmaß beschreiben. Die entwickelte Methode kann als direkter Überflutungsnachweis unter Beachtung von Einschränkungen, wie Bildqualität oder Zuordenbarkeit von Social Media Daten, dienen. Darüber hinaus bietet die Nutzung von Social Media Daten eine gute Ergänzung und Möglichkeit zur Validierung und Kalibrierung von Überflutungsmodellen.

Im Forschungsprojekt KUBAS (Konzepte für urbane Regenwasserbewirtschaftung und Abwassersysteme) wurde eine Methode vorgeschlagen, mit der Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung für konkrete Stadtquartiere ausgewählt und platziert werden können. Ende 2016 wurde die "KURAS-Methode" als Ausgangspunkt für die zukünftige dezentrale Regenwasserbewirtschaftung in der Koalitionsvereinbarung der neuen Regierung des Landes Berlin zur Umsetzung in die Praxis und zur Weiterentwicklung festgeschrieben. Dadurch werden aktuell in verschiedenen Neubau- und Sanierungsvorhaben in Berlin Elemente der Methode eingesetzt; insbesondere der Ansatz, dass die Maßnahmenauswahl erst nach einer Festlegung nicht-monetärer Ziele erfolgt, wird dabei berücksichtigt. Die Anwendung in der Praxis erfordert aber auch eine Vereinfachung (z. B. Reduktion der Ziele) und Weiterentwicklung der Methode. Diese Anpassung wird durch das Forschungsprojekt netWORKS 4 unterstützt, welches wichtige sozio-kulturelle Ziele berücksichtigt und konkrete Planungsworkshops in Berlin begleitet.

Im BMBF-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 und Oberflächengewässer, Biodiversität) und Bewohner (Stadtklima, Freiraumqualität, Gebäudeebene) sowie den Aufwand an Kosten und Ressourcen.

POWERSTEP aims to demonstrate energy-positive wastewater treatment, which requires the utilization of the internal carbon in the wastewater to produce biogas. An increased carbon extraction for biogas production challenges conventional nitrogen removal, in which denitrifying bacteria depend on an easily accessible source of carbon. Hence, POWERSTEP focuses on novel concepts for nitrogen removal in the mainstream line, with a minimum requirement of carbon. Within work package (WP) 2 of POWERSTEP, Mainstream nitrogen removal, three different tasks have been performed that represents three different options for nitrogen removal after advanced carbon extraction. In task 2.1 Advanced control strategies, it was demonstrated in Case study Westewitz WWTP that, with an advanced control system where polymer addition in the primary treatment was based on minimum carbon source requirement for denitrification, a high degree of carbon extraction could be achieved while still meeting the effluent demands for nitrogen, utilizing the conventional nitrification-denitrification pathway. In task 2.2 Mainstream deammonification, the concept using a specific group of autotrophic bacteria, commonly referred to as anammox bacteria, for removal of ammonia to nitrogen gas was demonstrated in full scale prototype in Case study Sjölunda WWTP. Since anammox bacteria are not dependent on carbon for nitrogen removal, the full potential of carbon recovery for biogas production can be reached. In task 2.3 Mainstream duckweed reactor, the potential of using duckweed for high production of vegetal organic biomass for biogas production and simultaneously achieve nitrogen removal, was demonstrated in Case study Westewitz WWTP. This deliverable provides a guideline, where the different options to remove nitrogen within municipal wastewater after advanced carbon extraction are presented based on the performed tasks in WP2 of POWERSTEP, and in comparison with conventional processes. Special emphasis is made on resources (energy, footprint, chemicals) and performances (removal stability, flexibility, sludge production). The outcome from POWERSTEP (tasks 2.1.-2.3) and comparisons with conventional processes showed that in order to meet the full potential of carbon recovery and turning the wastewater treatment plant truly energy positive while still meeting high nitrogen removal requirements, there is a need to implement anammox removal technology. However, the full scale demonstration showed that even if the potential is clearly there, the technology is not yet mature enough to be commonly implemented during cold (<15°C), diluted (low NH4N concentrations) and unfavourable (high) COD to N conditions in the wastewater, why further full scale demonstrations are highly recommended. Under more favourable, and especially warmer wastewater conditions, the anammox technology is today ready for the early frontrunners. Finally, the power of an advanced control strategy for conventional nitrification and denitrification should not be underestimated. With an optimised extraction of primary organic carbon, a large increase of biogas and energy recovery can be obtained without jeopardizing the nitrogen limits. This strategy is ready for implementation and should be evaluated on all wastewater treatment plants.

Discussion on options and performances of advanced control sys-tems for biological nitrogen removal after advanced primary treatment. The process control options are described in details as well as process performance in the demo site was quantified in-cluding transition strategy from conventional scheme to process with the advanced carbon extraction.

Producing more biogas from sludge digestion is one of the main factors to reach energy-neutral or energy-positive WWTP operation. In the project POWERSTEP a primary goal is to remove as much energy rich primary sludge as possible from the system prior to the biological treatment without having negative effects on downstream processes and effluent quality in terms of nitrogen removal. Within the project Work Package 1 addresses enhanced carbon extraction in primary treatment with different filtration technologies (drum and disc filters from Veolia Technologie AB - Hydrotech) tested in Case Study 1 (Westewitz, Germany) and 2 (Sjölunda, Sweden). To give scientific proof of the results and benchmark the performance against other competing technologies, process performance data has to be compared with other technologies used for primary treatment. In this report the results of literature research and comparison with data of case studies of full scale enhanced primary treatment units are shown and compared to each other. Specific indicators for the comparison are defined followed by identification of available alternative technologies for primary treatment at municipal wastewater treatment plants (WWTPs). These technologies are described by functionality, efficiency and operational data. Finally an overview of the results is presented in form of a fact sheet for primary treatment processes.