In this study the applicability of the microsieve technology together with coagulation and flocculation for advanced phosphorus removal was investigated. A pilot unit including a microsieve with 10 µm mesh size is operated continuously with secondary effluent. By applying a pretreatment of 0.07-0.09 mmol/L coagulant and 1.5-2 mg/L cationic polymer total phosphorus values below 80 µg/L were achieved. Coagulation with polyalumium chloride (PACl) produced better effluent quality compared to FeCl3 as less suspended solids and less residual coagulant were found in the microsieve effluent. Also the transmittance of UV radiation through the water is improved by using PACl. The amount of backwash water was very low (< 3 %). Results after rebuilding the chemical pre-treatment showed that under optimized mixing conditions polymer doses << 1 mg/L are possible without losses in water quality and filtration performance. In total microsieving with chemical pretreatment is a viable option for high quality effluent polishing.

Niederdruckmembranen (Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen) stellen eine leistungsfähige Technik zur weitergehenden Behandlung kommunaler Abwässer dar. Neben den Vorteilen eines kleinen Flächenbedarfs und eines verlässlichen Betriebes, birgt vor allem die hohe Ablaufqualität das Potential, die aufnehmenden Gewässer zu entlasten. Ein großes Problem beim Einsatz solcher Membranen ist das Membranfouling. Dieses führt zur raschen Abnahme der Filtrationsleistung, zur Erhöhung der Reinigungsfrequenz und des Chemikalieneinsatzes, was insgesamt hohe Betriebskosten verursacht. Sowohl gelöste organische Stoffe, als auch kolloidale und partikuläre Wasserinhaltsstoffe wurden als Hauptverursacher des Foulings von Niederdruckmembranen identifiziert. Durch gezielte Vorbehandlungen des Wassers kann das Membranfouling deutlich reduziert werden. Verschiedene Studien zeigen, dass eine vorgeschaltete Flockung zur Ausbildung eines porösen, hydraulisch gut rückspülbaren Filterkuchens führt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine Kombination aus Ozonung und Flockung durch den Effekt der Mikroflockung eine Bildung größerer, stabilerer Flocken bewirkt und somit eine verbesserte Filtrierbarkeit des Wassers erreicht werden kann. Bisher fehlt jedoch die Möglichkeit, verlässliche Vorhersagen über das Foulingpotential von gereinigtem Abwasser zu treffen. Das Ziel dieser Studie ist es, auf Grundlage von Partikelgrößenanalysen im nm-Bereich, Abschätzungen über das Foulingverhalten von Kläranlagenablauf zu treffen. Darauf aufbauend soll die Vorbehandlung aus Ozonung und anschließender Flockung für die Minimierung des Foulingpotenzials der im Wasser enthaltenen Substanzen optimiert werden.

Der Einsatz von Niederdruckmembranen (Mikro- und Ultrafiltration) zur Aufbereitung von biologisch behandeltem Abwasser ermöglicht eine weitergehende Entfernung von Mikroorganismen und damit eine verbesserte hygienische Ablaufqualität. Membranfouling, also die Ablagerung von Wasserinhaltsstoffen auf oder in der Membran und eine damit verbundene Verringerung der Membranpermeabilität gelten dabei als ein wesentliches Problem. Gerade das irreversible Fouling verhindert einen vermehrten Einsatz dieser Aufbereitungstechnik. Untersuchungen zeigen, dass organische Makromoleküle in erheblichem Maße für das Fouling verantwortlich sind. Mittels Fluoreszenzanalytik und Größenausschlusschromatographie konnten Proteine hierbei als stark foulingverursachende Fraktion identifiziert werden. Filtrationsversuche mit Standard-Proteinlösungen über Niederdruckmembranen bestätigen deren Foulingpotenzial. Dies wird auf elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen zwischen Membran und Protein (Porenverblockung /einschnürung) zurückgeführt bzw. mit intermolekularen Wechselwirkungen zwischen den Proteinen erklärt (Deckschichtbildung). Weiterhin hat der pH-Wert einer Proteinlösung starken Einfluss auf die Filtrierbarkeit. Bisherige Untersuchungen zeigen hier jedoch unterschiedliche Ergebnisse. Während Koehler et al. (1997) in Fouling-Maximum im Bereich des isoelektrischen Punktes (IEP) feststellen, zeigt Salgin (2007) ein stärkeres Fouling bei pH100mg/L deutlich über dem Bereich des Klarlaufs einer kommunalen Kläranlage liegen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss unterschiedlicher Faktoren (pH-Wert, Hintergrundmatrix) auf die Filtrationseigenschaften und das Proteinfouling im geringeren Konzentrationsbereich (5 mg/L) untersucht. Bei der Untersuchung kam auch erstmals ein hochmodernes MALDI-TOF-MS mit zusätzlichem HighMassDetektor für die direkte Analyse der verwendeten Membranen zum Einsatz.

Within this research project different treatments (ozonation, coagulation) of secondary effluent and the fouling behavior during subsequent ultrafiltration were investigated at labscale. Coagulation with 4 mg Fe3+/L leads to a significant removal of fouling resistance and moreover pre-ozonation up to a dosage of 15 mg O3/L can clearly enhance the filtration process. In contrast rising ozone dosages produce more hydraulically irreversible fouling. The subsequent coagulation can only compensate ozone-induced stronger irreversible fouling to some extent.

Combined sewer overflows (CSO) impair the quality of urban surface waters around the world. Future change, in particular global warming, is expected to worsen the situation further in many urban areas. To improve the quality of urban surface waters, tools are needed to support decision makers in the assessment of CSO-related impacts and possible mitigation measures. Apart from finding solutions to current problems, it is important that these tools also allow the adaptation of these solutions to future change scenarios to be prepared for likely developments. The present report suggests a model-based planning instrument for the assessment of CSO impacts on receiving surface waters under different sewer management and climate change scenarios. The suggested planning instrument couples a sewer and a surface water model for which boundary conditions can be changed depending on the studied scenario. The simulated CSO impact is then analysed via a coupled impact-assessment tool. The selection of appropriate model approach, assessment guideline and scenarios depend on the local conditions regarding the sewer system, the surface water type and the relevant CSO impact. Accordingly, the report aims at giving a general overview of available models, assessment guidelines, as well as sewer management and change scenarios, which allows setting up a planning instrument for a wide range of local conditions. The present report serves as a step-by-step-manual for setting up an impactbased planning instrument for CSO control: 1. Assessment of possible impacts of CSO, depending on local receiving surface water bodies (chapter 2.1) 2. If this assessment shows the need for a planning instrument, sewer and surface water models should be selected depending on type of impact, type of sewer system and type of surface water body (chapters 2.2 and 2.3). 3. Selected models need to be run, validated and possibly calibrated separately and as coupled tools (chapter 2.4).4. Scenarios are defined consisting of (i) CSO management solutions, depending on impacts of CSO that should be mitigated and sewer system characteristics (chapter 3.2) and (ii) global or local change to be accounted for depending on the local situation (chapter 3.1). The instrument can be used to test sensitivity of CSO impacts to different scenarios or for concrete planning of measures, including cost (chapters 3.3 and 3.4). Use of the manual is exemplified in a case study for Berlin for each of the above steps. Application of the Berlin planning instrument will be demonstrated in Prepared Report D 1.3.2, due in February 2013.

Im Sommer 2011 kam es in Berlin zu überdurchschnittlichen Regenfällen von mehr als 200 Litern je Quadratmeter. Die Vervierfachung des durchschnittlichen Monatsniederschlages führte neben einer Erhöhung des Wasserpegels umliegender Gewässer zu einer Sättigung des Bodens mit Wasser. Es bestand die Annahme, dass durch die beschleunigte Versickerung oberflächennahen Wassers ein unerwünscht starker mikrobieller Eintrag in das Rohwasser von einzelnen Brunnen der BWB stattfand. Entscheidend bei der Betrachtung des vertikalen Transportes von pathogenen Keimen im Sickerwasser im direkten Brunnenumfeld war die Frage der minimalen Fließzeit bis zum Erreichen der Filteroberkante (FOK) des Brunnens. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung von unerwünschten Wasserzutritten entlang der Ausbaumaterialien eines Vertikalfilterbrunnens mit Tonsperre auf dem Gelände des WW Jungfernheide der BWB. Anhand von Feldversuchen, insbesondere durch den Markierungsversuch mit dem löslichen fluoreszierenden Farbtracer Uranin, sollte der ausgewählte Testbrunnen auf mögliche Kurzschlüsse an Abdichtungsvorrichtungen überprüft werden. Die Quantifizierung der Fließzeit und der Vergleich von Brunnen wurde nicht angestrebt. Es wurde lediglich bewertet, ob die Fließzeit eher im Bereich weniger Tage (Schutzfunktion fehlt) oder sich im Bereich mehrerer Wochen (Schutzfunktion vorhanden) befand. In Vorbereitung auf den Markierungsversuch mit dem Fluoreszenzfarbstoff Uranin wurden zur Bestimmung der potentiellen Versickerungsleistung innerhalb der Brunnenstube und im direkten Brunnenumfeld gezielte Vorversuche vorgenommen. Dabei wurden zum einen innerhalb der Brunnenstube potentielle Undichtigkeiten an den Brunnenkomponenten überprüft, zum anderen mit Hilfe eines provisorisch errichteten Ringinfiltrometers außerhalb des Brunnenbauwerks das Infiltrationsverhalten der Grundwasserüberdeckung erfasst. Unter Berücksichtigung einer berechneten minimal kritischen Infiltrationszeit wurde durch die Simulation eines kontinuierlichen Starkregenereignisses innerhalb von 10 Tagen der Markierungsversuch durchgeführt. Aus den gewonnenen Messergebnissen des Markierungsversuches konnte in erster Linie geschlussfolgert werden, dass es im Bereich entlang des Ausbaumaterials des Testbrunnens keine Umläufigkeiten an der Ringraumverfüllung gab und folglich eine intakte Schutzfunktion der Abdichtungsvorrichtung gegenüber schnell infiltrierendem Wasser vorhanden ist. Auch innerhalb der Brunnenstube konnte infolge der Vorversuche eine Dichtigkeit aller Komponenten nachgewiesen werden. Aufgrund einer unabsehbaren technisch bedingten Messunterbrechung während des Markierungsversuches wurde vereinbart einen zweiten Markierungsversuch zur Überprüfung der Richtigkeit durchzuführen. Da es sich bei den absolvierten Versuchen noch um unerprobte Verfahren zum phänomenologischen Nachweis von Kurzschlüssen an Vertikalfilterbrunnen der BWB handelt, ist bei einer entsprechenden Verbesserung der Methodik sowie in Betracht der schnellen und kostengünstigen Durchführung eine weitere Anwendung an Brunnen der BWB empfehlenswert.