Diffuse nitrate (NO3) contamination from intense agriculture adversely impacts freshwater ecosystems, and can also result in nitrate concentrations exceeding limits set in drinking water regulation, when receiving surface waters are used for drinking water production. Implementation of near-natural mitigation zones such as reactive swales or wetlands have been proven to be promising measures to reduce nitrate loads in agricultural drainage waters. However, the behavior of these systems at low temperatures and its dependence on systemdesign has not beenwell known until now. In this study, the behavior of a full-scale (length: 45 m) reactive swale treating drainage water from an agricultural watershed in Brittany (France), with high nitrate concentrations in the receiving river, was monitored for one season (6 months). As flow in this full-size field system is usually restricted to winter and spring months (December–May), it usually operates at lowwater temperatures of 5–10 WC. Tracer tests revealed shorter than designed retention times due to high inflows and preferential flow in the swale. Results show a correlation between residence time and nitrate reduction with low removal (<10%) for short residence times (<0.1 day), increasing to >25% at residence times >10 h (0.4 day). Performance was compared to results of two technical-scale reactive swales (length: 8 m) operated for 1.5 yearswith two different residence times (0.4 and 2.5 days), situated at a test site of the German Federal Environmental Agency in Berlin (Germany). Similar nitrate reduction was observed for comparable temperature and residence time, showing that up-scaling is a suitable approach to transferring knowledge gathered from technical-scale experiments to field conditions. For the design of new mitigation systems, one recommendation is to investigate carefully the expected inflow volumes in advance to ensure a sufficient residence time for effective nitrate reduction at low temperatures.

To cope with the occurrence of organic micropollutants (OMPs) in the urban water cycle, different technologies have been tested to upgrade wastewater treatment plants for OMP removal. Measures are either based on adsorption onto activated carbon or ozonation. To ensure an economic and effective operation of the OMP removal, an automatic control system, which adapts the dosage to the varying water quality of the secondary effluent, is necessary. An online OMP measurement is not possible because of the high analytical afford, thus other surrogates have to be used for control purposes instead. One promising surrogate is the reduction of the ultraviolet absorption at 254 nm (delta UVA254) at the ozonation stage, which correlates very well with the OMP removal. In this study, the results of the successful application of the delta UVA254 for a closed-loop control at an ozonation pilot plant for OMP removal are presented with a focus on implementation issues like coping with delay time and the choice of measurement points. OMP removal was assessed for three different delta UVA254 setpoints, of which two of them also were performed as an advanced ozone process. It could be shown that changes of the ozone demand, e.g. by a varying concentration of the dissolved organic carbon (DOC) or nitrite, can be detected and countered by an adaption of the applied ozone dose.

In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Machbarkeitsstudien für die Aufrüstung von Kläranlagen mit einer weitergehenden Reinigungsstufe zur Reduzierung der Einleitung von organischen Spurenstoffen in Oberflächengewässer durchgeführt. Die eingesetzten technischen Maßnahmen basieren meistens auf der adsorptiven Wirkung von granulierter (GAK) bzw. pulverförmiger Aktivkohle (PAK) oder der Oxidation mittels Ozon. Während Spurenstoffe bei der Adsorption an die Aktivkohle physisch aus dem Wasser entfernt werden, so werden diese bei der Reaktion mit Ozon in andere Moleküle transformiert. Daher ist eine Spurenstoffelimination in diesem Zusammenhang als Primärelimination aufzufassen. Für einen ökonomischen und effizienten Betrieb dieser technischen Maßnahmen sind geeignete Steuer- und Regelungskonzepte erforderlich. Da eine Onlinemessung der Zielsubstanz(en) aufgrund des analytischen Aufwands nicht möglich ist, werden andere Indikatoren für die Dosisanpassung an eine variierende Wasserqualität benötigt. Ein häufig verwendeter Indikator zur Abschätzung der Spurenstoffelimination ist die auf den gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) bezogene Ozonzehrung (mg O3 / mg DOC), die beispielsweise für eine frachtproportionale Steuerung verwendet werden kann. Diese Steuerung erlaubt jedoch keine direkte Prozesskontrolle und zur Berücksichtigung des stark ozonzehrenden Nitrits (3,4 mg O3 / mg-N) kann ein zusätzlicher Messaufwand nötig sein. Eine Alternative dazu bildet die relative Abnahme des spektralen Absorptionskoeffizienten SAK254 (delta SAK254), für welche in mehreren Studien wie z.B. [1-5] eine Korrelation mit der Spurenstoffeliminierung verschiedener Substanzen beschrieben wurde. Das erzielte delta SAK254 wird dabei von der effektiven Ozonzehrung im Wasser beeinflusst, so dass eine veränderte Wasserqualität entsprechend detektiert und durch eine Anpassung der Ozondosis ausgeglichen werden kann. Die Verwendung einer Regelung mit dem Ziel eine konstante SAK254 – Reduzierung und damit auch eine entsprechend konstante Spurenstoffelimination zu gewährleisten, bietet daher auch den Vorteil einer direkten Prozesskontrolle. Auf eine zusätzliche Onlinemessung des Nitrits kann ebenfalls verzichtet werden. Die Verwendung des delta SAK254 könnte auch für eine Pulveraktivkohledosierung interessant sein, da in den Arbeiten von [6; 7] ebenfalls ein Zusammenhang zwischen dem delta SAK254 und der Spurenstoffelimination gezeigt werden konnte.

In decentralised storm water management green roofs play a vital role. Nevertheless questions remain concerning the runoff quality for nutrients and herbicides used against root penetration. In this study monitoring is conducted on two 18 year old green and gravel roofs comparing runoff quality based on concentrations and substance loads. The results indicate that runoff concentrations do not differ for total suspended solids (TSS) and total phosphorus (TP). Nitrate (NO3N) and total nitrogen (TN) concentrations are clearly reduced by the green roof (TN green roof: 1.14 mg/L, gravel roof: 2.99 mg/L, n=7), given plant uptake of atmospheric nitrogen. In contrast, organic indicators chemical oxygen demand (COD green roof: 28.1 mg/L, gravel roof: 16.1 mg/L, n=11) and total organic nitrogen (TON) are higher in green roof runoff, possibly from soil leaching. However, total substance loads for 11 sampled storm events are lower by a factor of 0.8 to 0.2 (TSS, COD, TP, TN, TON) for of the green roof compared to the gravel roof, given their different hydraulic behaviours. Regarding herbicides, Mecoprop is still found in relevant concentrations from 0.08 to 6.59 µg/L in the green roof runoff, exceeding the EU threshold for pesticides in surface water bodies of 0.1 µg/L.

In this study, a method is proposed to activate the maximal in-sewer storage volume of a combined sewer system (CSS) with a limited number of flow regulators to reduce negative impacts of combined sewer overflows (CSO). Based on a detailed analysis of the CSS structure, it indicates suitable locations to install flow regulators. The method has been developed in the programming language R and tested on the Berlin’s biggest CSS. Flow regulators have been implemented in the CSS Infoworks model at the five most suitable locations found and tested for different rainfall conditions. It was found that significant additional in-sewer storage capacity can be activated (~50% of the already existing capacity) leading to CSO volume and pollutant load reductions up to 62% for a three-monthly rain event of 60 minutes duration.

Changes in rainfall patterns or land use require flexible adaptation strategies for urban drainage systems. However, finding effective measures to reduce combined sewer overflows (CSO) and flooding is not straight-forward. The presented study proposes a holistic assessment approach that combines CSO quantity and quality criteria with indicators for the spatial extent and severity of flood events. The approach is tested for three selected adaptation measures with a detailed calibrated model of Berlin’s largest combined sewer catchment in the software Infoworks CS. The results indicate that a detailed assessment based on multiple performance criteria is necessary to fully understand measure effects. The presented work is embedded in an integrated modelling study involving different elements of the drainage and the wastewater treatment system.

Im Zusammenhang mit der Wasserqualität von Niederschlagsabflüssen wird seit einigen Jahren vermehrt die Rolle organischer Mikroverunreinigungen aus Baumaterialien diskutiert. Einer der bekanntesten Vertreter ist das Biozid Mecoprop, welches als Durchwurzelungsschutz in bitumenhaltigen Dachabdichtungen eingesetzt wird und die Qualität von Gewässern und Böden beeinträchtigt. Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen einer einjährigen Messkampagne das Auswaschverhalten eines 18 Jahre alten Gründachs sowie zweier neuer, unbegrünter Versuchsdächer untersucht. Darüber hinaus wird der potenzielle Rückhalt von Mecoprop in einem Retentionsbodenfilter quantifiziert. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass Mecoprop auch nach vielen Jahren noch in relevanten Konzentrationen vom Gründach ausgewaschen wird (Mittelwert: 1,3 µg L-1). Im Regenabfluss von neuen, unbegrünten Bitumenbahnen wurden sogar 100fach höhere Konzentrationen festgestellt. Der Retentionsbodenfilter kann zwar mit einer Reinigungsleistung von 59% zu einer Reduktion der Frachten ins Gewässer beitragen. Eine wesentliche Verbesserung der Wasserqualität ließe sich aber vor allem durch den Verzicht auf mecoprophaltige Dachabdichtungen erreichen.

Die europäische Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) aus dem Jahr 2000 schreibt eine Verbesserung der Gewässerqualität auf einen „guten ökologischen Zustand“ vor. Bis 2015 konnte dieses Ziel jedoch nicht erreicht werden. Der Überschuss an Nährstoffen in Oberflächengewässern ist ein Aspekt, der zum Misserfolg des Vorhabens beitrug. Eine Rolle spielen hierbei die Nährstofffrachten, die aus urbanen Gebieten über die Kanalisation in die Gewässer gelangen. In dieser Arbeit werden daher Maßnahmen untersucht, die zur Reduktion der Nährstoffemissionen aus dem Kanalnetz dienen. Es wird eine Ökobilanz zu ausgewählten Maßnahmen der zentralen Regenwasserbewirtschaftung durchgeführt. Die Maßnahmen werden hinsichtlich ihres ökologischen Aufwandes (Materialbedarf, Transport, Energiebedarf, etc.) und ihres ökologischen Nutzens (Nährstoffreduktion) analysiert. Dabei wird zwischen Maßnahmen im Trenn- und Mischsystem unterschieden. Im Trennsystem wer-den ein Retentionsbodenfilter (RBF), drei unterschiedliche Regenklärbecken (RKB), ein Lamellenab-scheider (LA) und eine Nachrüstung eines RKB mittels Lamellen untersucht. Im Mischsystem erfolgt eine Analyse von einem Regenüberlaufbecken (RÜB), einem Stauraumkanal (SK) und drei Stauraum-aktivierungsmaßnahmen. Zu diesen gehören eine Abflusssteuerung durch eine eingebaute Drossel-anlage und zwei Umbaumaßnahmen zur Nutzung des Speichervolumens von Überlaufkanälen. Der Vollständigkeit halber wurden ein vereinfachtes Modell einer Großkläranlage, einer Schlammbehand-lung sowie einer Klärschlammverbrennungsanlage (KSVA) in die Betrachtung miteinbezogen. Um eine Aussage über potentielle Umweltauswirkungen treffen zu können, werden für die Wirkungsab-schätzung unter anderem das Treibhauspotential (GWP), die marine (MEP) und Süßwasser Eutro-phierung (FEP) sowie zwei Toxizitätspotentiale betrachtet. Zudem erfolgt eine Analyse zum kumulier-ten Energieaufwand (KEA) fossiler und nuklearer Energieträger. In den Ergebnissen stellt sich die Infrastruktur als maßgeblicher Faktor für den ökologischen Aufwand heraus. Zudem spielt insbesondere im Mischsystem die zusätzlichen Aufwendungen auf der Kläranla-ge eine große Rolle. Der Aufwand für den Betrieb und die Wartung der Maßnahmen hingegen ist vergleichsweise gering. Im Trennsystem besitzen der Retentionsbodenfilter und der Lamellenab-scheider die geringsten negativen Umweltauswirkungen. Der Bau von Regenklärbecken geht diesbe-züglich mit weitaus höheren Auswirkungen einher. Im Mischsystem sind die Maßnahmen der Stau-raumaktivierung mit geringeren Umweltauswirkungen behaftet, als die Maßnahmen zum Bau neuer Speichervolumina.