The secondary effluent of Berlin's sewage treatment plant Ruhleben was oxidized by dosages of 2.5-22 mg/L ozone and varying operation conditions to remove pharmaceutical compounds and disinfect water in parallel. The majority of analysed neutral and acidic drugs were efficiently removed to the detection limit at ozone consumptions equal to a dosage of < 10 mg/L O3. However, certain compounds like clofibric acid, ketaprofen and traced metabolites required higher dosages of > 10-15 mg/LO3 for complete removal. A series of four iodinated organic contrast media (ICM) persisted the ozone treatment even at high consumption rates. Related to disinfection, the legal requirements (EU bathing water directive) could be fulfilled by a consumption of < 10 mg/L O3. For a combined oxidation by ozone and H2O2 (perozone) higher conversion rates for clofibric acid, naproxen and ketaprofen could be obtained at lower dosage (6 mg/L O3). For two ICM, namely iopamidol and iohexol, this was the case at higher ozone consumption. The removal of adsorbable organic iodine (AOI) > 10% could not be achieved by any treatment. The initial genotoxicity of the secondary effluent was stated by four independent tests. Due to the application of ozone, this genotoxicity was completely removed. The presented results confirm that ozonation can be a suitable advanced wastewater treatment at varying operation conditions to lower effluent concentrations of pharmaceuticals and active micro-organsisms.

Managed aquifer recharge is an increasingly popular technique to secure and enhance water supplies. Among a range of recharging techniques, single-well aquifer storage and recovery (ASR) is becoming a common option to either augment drinking water supplies or facilitate reuse of reclaimed water. For the present study a conceptual biogeochemical model for reclaimed water ASR was developed and incorporated into an existing reactive multicomponent transport model. The conceptual and numerical model for carbon cycling includes various forms of organic and inorganic carbon and several reactive processes that transfer carbon within and across different phases. The major geochemical processes considered in the model were microbially mediated redox reactions, driven by the mineralization of organic carbon, mineral dissolution/ precipitation, and ion exchange. The numerical model was tested and applied for the analysis of observed data collected during an ASR field experiment at Bolivar, South Australia. The model simulation of this experiment provides a consistent interpretation of the observed hydrochemical changes. The results suggest that during the storage phase, dynamic changes in bacterial mass have a significant influence on the local geochemistry in the vicinity of the injection/extraction well. Farther away from the injection/extraction well, breakthrough of cations is shown to be strongly affected by exchange reactions and, in the case of calcium, by calcite dissolution.

Ziel dieses Projektes ist es, zur Klärung der derzeitigen Verbreitung und Variabilität des toxischen Cyanobakteriums C. raciborskii und des Toxins Cylindrospermopsin (CYN) in Gewässern der Berliner Region beizutragen und eine Grundlage zu schaffen, auf welcher deren weitere Entwicklung und das damit verbundene Risiko für Mensch und Umwelt abgeschätzt werden kann. Die Verbreitung von C. raciborskii und CYN wurde in einem Pre-Screening Programm im Sommer 2004 untersucht. Für 142 Gewässer, die sich hinsichtlich Morphometrie, Trophie und Mixistypus unterscheiden, wurde die Zusammensetzung der Cyanobakterien einmalig qualitativ und semi-quantitativ analysiert sowie der CYN Gehalt des Sestons ermittelt. C. raciborskii wurde in 27,5 % der 142 untersuchten Gewässer nachgewiesen. Ihre relative Häufigkeit wurde überwiegend als vereinzelt (21,1 %) oder häufig (6,3 %) eingeschätzt. Massenentwicklungen der Art traten zum Zeitpunkt der Untersuchung nicht auf. Als typisches Habitat für C. raciborskii wurden flache eutrophe Gewässer mit niedriger Sichttiefe, und geringen Zeu/Zmix Verhältnissen analysiert. Entgegen bisheriger Annahmen ist die Art jedoch nicht auf Flachseen beschränkt, sondern kann auch in tiefen dimiktischen Gewässern Populationen etablieren. Darüber hinaus wurden vier weitere bedeutende Arten ermittelt. Raphidiopsis curvata und R. mediterranea, die in 5 von 142 Gewässern detektiert wurden. Von beiden Arten ist bekannt, dass sie CYN produzieren können. Anabaena bergii wurde vereinzelt bis häufig in 14,1 % der Gewässer nachgewiesen. Für diese Art wurde der gleiche Habitattyp wie für C. raciborskii festgestellt. Aphanizomenon aphanizomenoides wurde vereinzelt bis häufig in 13,4 % der Gewässer nachgewiesen. Bei beiden Arten handelt es sich wie bei C. raciborskii um Neo-Cyanobakterien, die bisher nur aus tropischen bzw. subtropischen Regionen bekannt waren. Beide produzieren toxische Substanzen, die im Fall von A. aphanizomenoides noch nicht näher identifiziert werden konnten. Im Fall von A. bergii handelt es sich bei einem der Toxine um CYN. Zusammenfassend kann für die hier relevanten Arten festgestellt werden, dass sie weiter verbreitet sind als bisher bekannt war. Die Tatsache, dass C. raciborskii bisher in verhältnismäßig wenigen und A. bergii sowie A. aphanizomenoides bisher gar nicht für das Untersuchungsgebiet beschrieben wurden, wird u.a. auf taxonomische Unklarheiten zurückgeführt. Bislang wurden 96 Sestonproben aus 80 Gewässern auf CYN untersucht. In 63 % der Proben, bzw. 61 % der Seen wurde CYN in Konzentrationen zwischen 0,1 und 100 µg/g TG nachgewiesen und ist somit in Deutschland weiter verbreitet als bisher angenommen. Ein erster Vergleich der Cyanobakterienzusammensetzung mit dem CYNVorkommen zeigt, dass CYN in den untersuchten Gewässern nicht nur von C. raciborskii produziert wird, da es auch in Proben gemessen wurde, in denen die Art nicht nachgewiesen wurde. Derzeit werden die beiden oben beschriebenen Arten A. bergi und A. aphanizomenoides als weitere potentielle CYN-Produzenten in Betracht gezogen sowie eine Reihe weiterer Arten der Gattungen Anabaena und Aphanizomenon. Eine entgültige Klärung wird nach Abschluss der chemischen und molekularbiologischen Analysen der isolierten Stämme erwartet.

Two configurations of membrane bioreactors were identified to achieve enhanced biological phosphorus and nitrogen removal, and assessed over more than two years with two parallel pilot plants of 2m³ each. Both configurations included an anaerobic zone a head of the biological reactor, and differed by the position of the anoxic zone: standard pre-denitrification, or postdenitrification without dosing of carbon source. Both configurations achieved improved phosphorus removal. The goal of 50mgP/L in the effluent could be consistently achieved with two types of municipal waste water, the second site requiring a low dose of ferric salt ferric salt < 3mgFe/L. The full potential of biological phosphorus removal could be demonstrated during phosphate spiking trials, where up to 1mg of phosphorus was biologically eliminated for 10mg BOD5 in the influent. The postdenitrification configuration enabled a very good elimination of nitrogen. Daily nitrate concentration a slow as 1mg N/L could be monitored in the effluent in some periods. The denitrification rates, greater than those expected for endogenous denitrification, could be accounted for by the use of the glycogene pool, internally stored by the denitrifying microorganisms in the anaerobic zone. Pharmaceuticals residues and steroids were regularly monitored on the two parallel MBR pilot plants during the length of the trials, and compared with the performance of the Berlin-Ruhleben WWTP. Although some compounds such as carbamazepine were persistent through all the systems, most of the compounds could be better removed by the MBR plants. The influence of temperature, sludge age and compound concentration could be shown, as well as the significance of biological mechanisms in the removal of trace organic compounds.

This paper presents the results on the occurrence and fate of antibiotic residues during bankfiltration obtained from a study carried out in terms of an interdisciplinary project at three transects in Berlin, Germany. Six antibiotic compounds and two metabolites were detected at ng/L concentrations in water samples from the lakes or in the monitoring wells of the transects. Clarithromycin, roxithromycin (macrolide), trimethoprim (synergist for sulfonamides) and acetyl-sulfamethoxazole (metabolite) are efficiently removed by bank filtration. Residues of clindamycin (lincosamid) and dehydro-erythromycin (metabolite) were completely attenuated during the soil passage. For sulfamethoxazole (sulfonamide), a significant but not complete removal during bank filtration was observed. It was the only compound that could be detected at tracelevels in samples collected from water-supply wells.

Three single-filament isolates of Aphanizomenon flos-aquae from two German lakes were found to produce remarkable amounts of the cyanobacterial epatotoxin cylindrospermopsin (CYN). CYN-synthesis of the strains were evidenced both by LC-MS/MS analysis and detection of PCR products of gene fragments which are implicated in the biosynthesis of the toxin. The strains contain CYN in the range of 2.3–6.6 mg gK1 of cellular dry weight. To our knowledge this is the first report of CYN in A. flos-aquae.

Erfahrungen aus dem Betrieb einer Membranbelebung mit diskontinuierlichem Schlammabzug werden vorgestellt. Das Ziel ist, den Einfluss der Betriebsbedingungen auf Fouling und den Abbau extrazellulärer polymerer Substanzen zu bestimmen sowie mit bekannten Zusammenhängen aus Anlagen mit kontinuierlichem Abzug zu vergleichen.

Investigations on the behavior of different bulk organics and trace organic compounds at a bank filtration site at Lake Tegel in Berlin, Germany, and in a long retention soil column system are reported. Objective of the research was to assess important factors of influence for the degradation of bulk and trace organics. More than two years of monitoring for the bulk parameter DOC proved that the redox conditions significantly influence the DOC-degradation kinetic but not necessarily the residual concentration. LC-OCD measurements confirmed that the change in character is comparable for aerobic and anoxic/anaerobic infiltration. Only the fraction of polysaccharides shows a better removal under aerobic conditions. Furthermore, adsorbable organic iodine (AOI) measurements revealed a more efficient degradation of AOI and AOBr under anoxic/anaerobic conditions. The monitoring of the single organic pollutants Iopromide, Sulfamethoxazole and naphthalenedisulfonic acids showed that the redox conditions have an influence on the degradation behavior of some of the monitored compounds. Iopromide was efficiently removed at all times, but no evidence for a dehalogenation under oxic conditions was found. Sulfamethoxazole showed a better removal under anoxic/anaerobic conditions. The very stable 1.5naphthalenesulfonic acid was not removed under either redox conditions.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde das Berliner Abwassersystem hinsichtlich einer Abflusssteuerung untersucht. Auf Grundlage des Merkblattes DWA-M 180 wurde zunächst die formale Bewertung des Steuerungspotenzials des Berliner Mischsystems durchgeführt. Weiter wurde für Niederschlagsereignisse des Jahres 2003 eine statische Bilanzierung bezüglich anfallender Wassermengen und vorhandenem Speichervolumen aufgestellt. Anhand von ausgewählten Ereignisse wurden dann für verschiedene Szenarien die Auswirkungen einer geänderten Förderstrategie untersucht. Im Vordergrund standen eine gleichmäßige Nutzung der Systemkapazitäten, die Verringerung von Mischwasserentlastungen und die Reduzierung des Mischwasserabflusses zur Kläranlage.