In the densely populated semi-arid territory around Delhi, the water demand is rising continuously, while the surface- and groundwater resources are threatened by contamination and overexploitation. This is a typical scenario in many newly industrialising and developing countries, where new approaches for a responsible resources management have to be found. Bank filtration holds a great potential, thus being a low tech method and benefiting from the storage and contaminant attenuation capacity of the natural soil/rock. For this study, three field sites have been constructed to investigate bank filtration in different environments in and around the megacity with a main focus on inorganic contaminants. Hydraulic heads, temperature gradients and hydrochemistry of surface water and groundwater were analysed in three different seasons. Depending on sitespecific conditions, distinct hydrogeological conditions were observed and both positive and negative effects on water quality were identified. Most concerning issues are the impact of anthropogenic ammonia, the mixing with ambient saline groundwater and the mobilisation of arsenic during the reductive dissolution of manganese- and iron(hydr)oxides. Positive aspects are the dilution of contaminants during the mixing of waters from different sources, the sorption of arsenic, denitrification, and the precipitation of fluoride under favourable conditions.

The quality of the River Spree during its passage through the city of Berlin is mainly influenced by the discharge of treated effluent from waste water treatment plants and by combined sewer overflows (CSO). CSO are discharged diffusely and during short periods of time leading to acute impacts like oxygen depletion and locally increased ammonia concentration in the river. They are dominant stress factors to Berlin’s lowland River Spree and its biocenosis. In order to improve the water quality of the River Spree, measures limiting the emissions of CSO are envisaged such as utilization of in-pipe storage capacities, implementation of weirs for real-time control, construction of additional stormwater tanks. In order to build an efficient and immission oriented strategy with the different available solutions and to be able to cope with future challenges the Berlin Centre of Competence for Water (KWB), Berliner Wasserbetriebe, Veolia Water and the Berlin Senate of Environment are conducting two projects, the EU project PREPARED and the MIA-CSO project. An impact-based CSO management instrument is being developed with the aim to evaluate measures of CSO control. It consists in (i) a river water quality/ecosystem model that will be used to simulate water quality processes in the receiving water and (ii) a methodology to identify critical water quality situations occurring in the Spree River. For model adaptation, calibration and validation an integrated monitoring is conducted. The monitoring consists in (i) continuously measuring the quality and flow of CSO discharges at one representative network location and (ii) in parallel, continuously monitoring water quality parameters at 5 sites within the impacted stretch of the Spree River. The concept of the integrated monitoring, i.e. definition of monitoring sites as well as monitoring strategy and design will be presented during the M3 Workshop.

To gain better understanding of the impact of combined sewer overflows (CSO) on the chemical and ecological status of lowland rivers and to evaluate the effect of CSO control measures a planning instrument for impact-based CSO management is being developed in Berlin, Germany. After completion the model-based planning instrument will be used by the Berlin water and wastewater utility and the water authority for scenario analysis of CSO management strategies. To adapt the planning instrument to their respective needs and to guarantee an efficient transfer of the results a specific project structure was established. Through direct participation in project management, technical and scientific work as well as demonstration the end-users can influence the development and provide technical input on local issues. First project results show the relevance of CSO impacts compared to the background condition of the Berlin river system and the need for additional measurements to provide data for model adaptation, calibration and validation.

Stormwater impact guidelines for dissolved oxygen (DO) were applied to the Berlin River Spree, which (a) receives the effluents of more than 100 combined sewer discharge points and (b) is subject to significant anthropogenic background pollution. Discrimination of DO depressions, which are the direct result of combined sewer overflows (CSO) from DO depressions which are not related to CSO was achieved by combining stormwater impact guidelines with the analysis of data for: (i) rain events before critical DO depressions, (ii) water temperature (T) and conductivity as indicators for CSO impact in the river and (iii) T and DO before critical DO depressions to assess the effect of background pollution. Results indicate that the River Spree is in a critical state regarding DO for two main reasons: (a) upstream of the stretch with CSO discharge points because of background pollution and (b) downstream of the stretch because of CSO. Highly critical situations with DO < 2 mg L-1 only occurred under CSO influence. Nevertheless, the analysis underlines the importance of measures to reduce both CSO and background pollution in urban rivers.

Die Umfrage des DVGW wurde Anfang 2009 in Zusammenarbeit mit dem Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH (KWB) durchgeführt. Der Fragebogen mit insgesamt 16 Fragen (-> Anhang A) zielt darauf ab, einen bundesweiten Überblick zum Brunnenbetrieb und unterschiedlichen Instandhaltungsmaßnahmen derjenigen Wasserversorger zu erhalten, die eigene Brunnen betreiben. Die vorliegende Auswertung wurde am Kompetenzzentrum Wasser Berlin durchgeführt. Nicht enthalten sind die vier ersten Fragen mit den allgemeinen Angaben des beantwortenden Unternehmens und einer Frage zum Thema Energieeffizienz (Seite 1 des Umfragebogens). Diese wurden durch den DVGW selbst ausgewertet (vgl. Plath and Wichmann 2009). Der brunnenbezogene Teil (Seiten 2 und 3) enthielt die vier Themenkomplexe: (1) Stammdaten (Fragen 5 bis 7) Es wurden die absolute Anzahl der in Betrieb befindlichen Brunnen und ihr durchschnittliches Alter erfragt. Diese Fragen dienen der Klassifizierung und Auswertung. Den Brunnenneubau betreffend, wurde eine Angabe zur Budgetplanung erbeten, um die folgenden Fragen zu Brunnenzustand, Alterung und Regenerierung in Bezug zum Neubau setzen zu können. (2) Brunnenbetrieb, Brunnenzustand und Alterung (Fragen 8 bis 11). Zum Brunnenbetrieb wurden die Art der Brunnensteuerung und die während des Betriebes erfassten Daten und Intervalle zur Betriebsüberwachung abgefragt, ebenso die Methoden und Intervalle zur Brunnenzustandsermittlung. (3) Brunnenregenerierung (Fragen 12 bis 14) Die Fragen zur Notwendigkeit, Veranlassung und Erfolgsbemessung von Regenerierungen dienen der Charakterisierung der Instandhaltungsstrategie. (4) Betriebsstrategie (Fragen 15 und 16) Abschließend wurde nach der Betriebsstrategie und einer möglichen Einflussnahme auf die Brunnenalterung durch Änderungen im Betrieb gefragt. Ziel der Auswertung ist es, den Stand der Praxis der Betriebsführung von Brunnen zu erarbeiten. Durch die gekoppelte Auswertung aller vier Themenkomplexe kann weiterhin geprüft werden, inwiefern die festgestellten Betriebs- und Instandhaltungsstrategien von der Größe des Betreibers oder der Altersstruktur der Brunnen abhängen. Durch den Vergleich der erarbeiteten Ergebnisse mit den in DVGW-Arbeitsblatt W125 (DVGW 2004) festgehaltenen Empfehlungen Forschungskann Raum für Verbesserungen, wie z.B. oder Weiterbildungsbedarf identifiziert werden. Gleichzeitig bietet die bundesweite Ermittlung Gelegenheit zur Einordnung des eigenen Standes der Praxis für die einzelnen Betreiber.

The impact of a pre-treatment by pre-ozonation (2-10 mg O3/L) and subsequent coagulation (FeCl3: 2-6 mg Fe3+/L) on the performance of a polymeric ultrafiltration membrane was studied. No free dissolved ozone was in contact with the membrane. Lab tests were performed using Amicon test cells fed with secondary effluent and the flux decline during filtration tests was measured. Flux decline was reduced with increasing coagulant concentration as well as with increasing ozone dosage. This effect was confirmed by a reduction in the amount of biopolymers measured with size exclusion chromatography by organic carbon detection (LC-OCD). Conducted multi filtration cycles revealed a significant increase in irreversible fouling after pre-ozonation that might be caused by increasing colloidal iron concentrations. Phosphorus in the permeate was successfully reduced to concentrations < 60 µg/L

Die EU-Wasserrahmenrichtlinie (2000) verlangt bis zum Jahre 2015 für alle europäischen Gewässer die Wiederherstellung eines „guten ökologischen Zustands“. In Berlin muss zur Erfüllung dieses Ziels insbesondere der Phosphoreintrag aus Kläranlagen minimiert werden, da Phosphor als limitierender Nährstoff für die Eutrophierung der Gewässer hauptverantwortlich ist. Vor diesem Hintergrund wird die Einführung einer Membranfiltrationsstufe mit vorgeschalteter Phosphatfällung in der Berliner Kläranlage Ruhleben diskutiert (Gnirß 2008). Das Jahresmittel der Phosphorkonzentration im Ablauf der Kläranlage Ruhleben beträgt 0,3 - 0,4 mg P/L. Der Zielwert für die weitergehende Behandlung des Klarlaufes wurde mit 0,05 - 0,1 mg P/L festgelegt. Die Filtration von Klärwerksabläufen mit Niederdruckmembranen bietet in Kombination mit einer Flockungsstufe eine wirkungsvolle Möglichkeit für das Erreichen niedriger Phosphorkonzentrationen und einer zusätzlichen Entfernung von Pathogenen. Das Hauptproblem beim Betrieb von Niederdruckmembranen stellt jedoch nach wie vor der durch Fouling auftretende Verlust der Filtrationsleistung dar. Dieser entsteht durch das Verblocken der Membranporen mit organischem Material sowie Kuchenbildung auf der Membranoberfläche und schlägt sich entweder in der Verringerung des transmembranen Fluxes oder im Anstieg der transmembranen Druckdifferenz mit der Zeit nieder. Als Folge des Foulings müssen die Membranen regelmäßig physikalisch bzw. chemisch gereinigt werden, was zu einer Verringerung ihrer Standzeit führt. Lediglich 10 % der im Klarlauf enthaltenen organischen Substanzen leisten dabei einen Beitrag zum Fouling (Laabs 2004). Diese Substanzen eluieren bei einer Größenausschlusschromatographie im sogenannten Biopolymer-Peak, der sowohl Polysaccharide als auch organische Kolloide und Proteine umfasst. In Studien zum Fouling von Niederdruckmembranen wurden Biopolymere (BP) in Form von Proteinen und Polysacchariden sowie Partikel und Kolloide in der Größenordnung von 10 bis 450 nm als Hauptverursacher des Membranfoulings ermittelt (Zheng 2009, Poele 2006). Im Rahmen des Projekts „Oxeram“ (Technische Universität Berlin, KompetenzZentrum Wasser Berlin, Berliner Wasserbetriebe) wird untersucht, ob durch eine Ozonierung vor der Flockungsstufe das Fouling der nachgeschalteten Membran reduziert und somit die Leistungsfähigkeit der Membranfiltration verbessert werden kann und ob sich aus deKombination dieser Prozesse synergetische Effekte ergeben. Eine Ozonierung kann bei einem Einsatz von geringen Ozondosen (1 - 2 mg/O3/L) in Kombination mit einer Flockung aufgrund des Mikroflockeneffekts zu größeren, stabileren und robusteren Flocken führen. Diese können sich bei einer nachgeschalteten Membranfiltration positiv auf die Filtrationsleistung auswirken. Höhere Ozondosen (10 - 12 mg O3/L) dienen der Oxidation von organischen Wasserinhaltsstoffen und Spurenstoffen. Die hier dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf Versuche, die in AmiconTestzellen im Labormaßstab durchgeführt wurden. Ziel war es zunächst, eine optimale Kombination von Ozoneintrag und Flockungsmittelkonzentration zu ermitteln.

Low-pressure membrane filtration of secondary effluents allows disinfection and, combined with chemical coagulation, advanced phosphorus removal. However, the loss of filtration performance due to membrane fouling is still a fundamental problem and has a strong impact on the costs of the process. Biopolymers as well as colloids in the range of 50 to 350 nm were identified as main foulants during ultrafiltration (UF). In this project the impact of a pre-treatment by ozonation (2-10 mg O3/L) and subsequent coagulation (FeCl3: 2-6 mg Fe3+/L) on the performance of a polymer UF membrane was studied. No free dissolved ozone was in contact with the membrane. Lab tests were performed using Amicon test cells in dead-end mode fed with 500 mL secondary effluent of the WWTP Ruhleben (Berlin) and the flux decline during filtration was measured. The effect of the two pre-treatment steps on the character of DOC, especially the biopolymer fraction, was investigated using size exclusion chromatography. The pre-treatment enables phosphorus removal of 75 up to 95 % with permeate concentrations of 30 to 50 µg P/L. In filtration tests pre-ozonation without flocculation leads to a less distinct flux decline (1-7 %). Coagulation without pre-ozonation increases the flux by 5 to 14 % compared to filtration of effluent without pre-tretament. The combination of both pretreatment steps improves the filtration performance up to 30 % and reduces the filtration time for 500 mL by 50 %. Different mechanisms are considered as reasons for the improved performance. It is known that coagulation partially removes the fouling-active biopolymers and humic substances. The pre-treatment with ozone, even at low dosages (2 mg/L), leads to a significant decrease of UV254 absorbance, pointing on a shift to more polar molecules. Higher ozone dosages (> 6 mg/L) additionally induce disintegration of biopolymers and a shift to smaller organic compounds. The interaction between ozonation and coagulation leads to a partial complexation of iron in solution. As a consequence, less iron is provided for the coagulation process. As the percentage of complexation of iron decreases with increasing coagulant dosage, the synergetic effect of pre-ozonation and coagulation on the filtration performance increases with increasing iron dosage. These results suggest that combining pre-ozonation and coagulation can be a promising pretreatment process to reduce the fouling of organic membranes, without the necessity of applying free dissolved ozone on the membrane surface.