Im Rahmen einer etwa zweijährigen Studie wurde für Berlin erstmals das Ausmaß der Belastung von Regenabfluss mit Spurenstoffen durch ein einjähriges Monitoringprogramm in Einzugsgebieten unterschiedlicher Stadtstrukturtypen (Altbau, Neubau, Gewerbe, Einfamilienhäuser, Straßen) untersucht. Insgesamt wurden etwa 90 volumenproportionale Mischproben auf über 100 Spurenstoffe analysiert (zum Beispiel Phthalate, Pestizide/ Biozide, Flammschutzmittel, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, Schwermetalle), von denen ein Großteil (über 70) detektiert wurde. Die höchsten Konzentrationen an organischen Spurenstoffen wurden für Phthalate gefunden (DIDP - DINP: durchschnittlich über 12 µg/L), während Schwermetalle von Zink dominiert wurden (durchschnittlich 950 µg/L). Für die Mehrzahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. Für einige Substanzen (zum Beispiel DEHP, Carbendazim, einige polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe) wurden im Regenwasserabfluss Umweltqualitätsnormen (UQN) für Gewässer überschritten. Zusätzlich bei Regenwetter in einem Fließgewässer genommene Proben zeigen, dass es auch im Gewässer zur Überschreitung von zulässigen Höchstkonzentrationen (ZHK-UQN) bei Regen kommen kann. Eine Hochrechnung der über das Regenwasser in die Gewässer gelangenden Spurenstofffrachten für Gesamt-Berlin hat ergeben, dass etwa 1,5 Tonnen an organischen Spurenstoffen über Regenabfluss jährlich in die Berliner Gewässer gelangen. Ein Vergleich mit modellierten Frachten abwasserbürtiger Spurenstoffe, die über Kläranlagenablauf in die Berliner Gewässer gelangen, zeigt, dass Frachten regenwasserbürtiger Spurenstoffe in der gleichen Größenordnung wie schmutzwasserbürtige Spurenstoffe liegen können.

Im Rahmen einer etwa zweijährigen Studie wurde für Berlin erstmals das Ausmaß der Belastung von Regenabfluss mit Spurenstoffen durch ein einjähriges Monitoringprogramm in Einzugsgebieten unterschiedlicher Stadtstrukturtypen unter- sucht. Das Programm umfasste mehr als 100 Spurenstoffe einschließlich 20 Biozide bzw. Pestizide. Die höchsten Konzen- trationen dieser Stoffgruppe wurden für Mecoprop (max: 6,9 µg/L) und Glyphosat (max: 4,6 µg/L) gefunden. Für die Mehr- zahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. Für einige Substanzen (z.B. Carbendazim, Terbutryn) und Einzugsgebiete wurden im Regenwasserabfluss Umweltqualitätsnormen (UQN) für Ge- wässer überschritten. Proben, die zusätzlich bei Regenwetter in einem Fließgewässer genommen wurden, zeigen, dass es auch im Gewässer zur Überschreitung von zulässigen Höchst- konzentrationen (ZHK-UQN) bei Regen kommen kann.

Beside inputs from wastewater treatment plants, untreated stormwater runoff can also be an important source of pollutants affecting urban surface waters. To evaluate the relevance of micropollutants in urban stormwater runoff for the city of Berlin, an event-based, one-year monitoring program was conducted in five homogeneous catchments of different urban structure types. Volume proportional samples were analysed for a comprehensive set of ~100 micropollutants (e.g. biocides/pesticides, plasticisers, flame retardants, PAH, heavy metals) as well as standard parameters (TSS, total P, phosphate, ammonium, COD, BOD). Micropollutant concentrations found in stormwater runoff were extrapolated to annual loads for the city of Berlin (impervious connected area of ~170 km2) based on the concentration patterns found in each of the five specific city structure types. Results show that micropollutants of several substance types can enter Berlin surface waters at loads in the order of 10-700 kg/yr via stormwater runoff. These loads are in a similar order of magnitude as micropollutants that enter Berlin surface waters via (treated) sewage, such as pharmaceutical residues carbamazepine or ibuprofen.

Objective of this synthesis report is to summarise the main achievements of the OPTIWELLS-2 project. Based on a preparatory phase OPTIWELLS-1 (2011-2012), the main project phase OPTIWELLS-2 (2012-2015) included the development of two different optimisation modelling methodologies (data-driven, process-driven) for minimising a well field’s specific energy demand whilst satisfying both, water demand and water quality constraints. Chapter 2 gives a short overview on the technical background on pipe hydraulics and the general methodology used within the project. The general workflow of the testing and application for the three case study well fields investigated within OPTIWELLS-2 is summarised in Chapter 3. For the first two case studies (Chapter Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. and Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.), a process-driven modelling approach was used, which enabled the assessment of three different management strategies (smart well field management, pump renewal or a combination of both) on the specific energy demand. This approach was more time and data-demanding (Chapter 2.5) compared to the data-driven approach used for the third case study (Chapter Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.). The cross-case analysis (Chapter 4) showed, that the energetic prediction accuracy of process-driven modelling (Chapter 4.1.3) was improved significantly by using pump characteristics derived from audits instead of relying on manufacturer data, whilst including steady-state well drawdown compared to assuming a static water level in the production well was much less important. This can be explained by the fact, that well drawdown contributed to less than 3% of the required pump head (Chapter 4.1.1), whilst the offset between audit and manufacturer pump characteristics is much more relevant because of pump ageing during long usage periods (up to 40 years). The data-based modelling approach used for Site C has yielded energy consumption forecasts with a similar accuracy, but is more robust as it relies on operational data, thus requiring no calibration.

Untreated stormwater runoff can be an important source of pollutants affecting urban surface waters. To investigate the relevance of micropollutants in urban stormwater runoff for the city of Berlin, an event-based, one-year monitoring program for sampling of separate storm sewers was conducted. Monitoring points were selected in five homogeneous catchments of different urban structure types to consider catchment-specific differences. Volume proportional samples (one composite sample per event) were analysed for a comprehensive set of ~100 micropollutants determined from literature review (e.g. plasticisers [phthalates], biocides/pesticides, flame retardants [organophosphates, polybrominated diphenylethers], PAH, heavy metals) as well as standard parameters (TSS, total P, phosphate, ammonium, COD, BOD). For selected storm events, time resolved samples were analysed to investigate the concentration dynamics and evaluate first flush characteristics. Results of event mean concentrations show catchment-specific differences for the majority of detected micropollutants. Furthermore, results of time-resolved samples indicate that most parameters do not show clear first flush effects with concentrations of several micropollutants even remaining constant during the course of the storm event (e.g. mecoprop, carbendazim, TBEP).

Im Rahmen einer etwa zweijährigen Studie wurde für Berlin erstmals das Ausmaß der Belastung von Regenabfluss mit Spurenstoffen durch ein einjähriges Monitoringprogramm in Einzugsgebieten unterschiedlicher Stadtstrukturtypen (Altbau, Neubau, Gewerbe, Einfamilienhäuser, Straßen) untersucht. Insgesamt wurden über 90 volumenproportionale Mischproben auf etwa 100 Spurenstoffe analysiert (z.B. Phthalate, Pestizide/Biozide, Flammschutzmittel, PAK, Schwermetalle), von denen ein Großteil (>70) detektiert wurde. Die höchsten Konzentrationen an organischen Spuren- stoffen wurden für Phthalate gefunden (DIDP+DINP: Ø 12 µg/L), während Schwermetalle von Zink dominiert wurden (Ø 950 µg/L). Für die Mehrzahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. In einem Fließgewässer genommene Proben zeigen, dass für einige Substanzen (z.B. DEHP, Carbendazim, einige PAK) Umweltqualitätsnormen im Gewässer bei Regen überschritten werden können. Eine Hochrechnung der über das Regenwasser in die Gewässer gelangenden Spurenstofffrachten für Gesamt-Berlin hat ergeben, dass Frachten regenwasserbürtiger Spurenstoffe in der gleichen Größenordnung wie schmutzwasserbürtige Spurenstoffe liegen können.

A total of 27 existing measures of stormwater management were studied across scales from building level (vegetated buildings, rainwater use) to city quarter level (infiltration, de-paving, artificial lakes and streams, decentralised treatment) and catchment level (centralised treatment, storage). For each measure, the same performance indicators were quantified based on literature, monitoring and simulation results regarding six potential benefits (water/energy saving potential, improvement of landscape quality, increase in biodiversity, reduced urban heat exposure, improvement of groundwater and surface water bodies), indirect resource use (life cycle assessment) and direct cost. Results show that each measure has its strengths and weaknesses. Thus, it is expected that different combinations of measures will lead to increased benefits for different locations/settings. The developed measurebenefit/cost-matrix may support the finding of such improved combinations and is currently tested in a research project regarding its potential for problem-oriented urban planning in Berlin, Germany.

Um einen guten Gewässerschutz zu gewährleisten und damit die Ziele der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie umzusetzen, müssen auch die stofflich oft unterschätzten Niederschlagsabflüsse aus dem Trennsystem behandelt werden. Der Gesetzgeber hat im neuen Wasserhaushaltsgesetz § 55 geregelt, dass Niederschlagswasser entweder ohne Vermischung über eine Kanalisation abgeleitet werden soll, ortsnah versickert oder direkt (in Gräben) abgeführt wird. Der Neubau von Mischsystemen ist nicht mehr zugelassen. Die Belastung der Gewässer durch direkte Einleitung von Niederschlagswasser steigt, da dessen Verschmutzung u.a. durch das steigende Verkehrsaufkommen zunimmt. Vor allem Straßenabflüsse von Kreuzungen und auch Abflüsse von viel genutzten Parkplatzflächen können eine hohe Schadstoffbelastung aufweisen. Seit einigen Jahren wird deshalb in den meisten Bundesländern „behandlungsbedürftigem“ Niederschlagswasser unterschieden. Behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser stammt überwiegend von Verkehrsflächen, die nach Angaben des Statistischen Bundesamtes annähernd 50 % der versiegelten Flächen in Deutschland ausmachen. Der Schadstoffeintrag von Wohn- oder Gewerbeflächen ist dagegen weitaus geringer. Daher steht die Behandlung von Niederschlagswasser von Verkehrsflächen zunehmend im Fokus. Anlagen zur Niederschlagswasserbehandlung werden bislang überwiegend „zentral“ am Auslass der Kanalisation angeordnet, die unterschiedlich belastete Flächen gemeinsam entwässern. Als zentrale Niederschlagswasserbehandlung kommen bisher Regenrückhaltebecken (RRB), die vorwiegend hydraulisch wirken, Regenklärbecken (RKB) mit und ohne Dauerstau, Retentionsbodenfilter (RBF) sowie Abscheideanlagen nach RiStWag zum Einsatz. Zur Nachrüstung bestehender Becken kommen Lamellenabscheider und technische Filteranlagen zur Anwendung. Besonders im dicht besiedelten urbanen Raum ist eine zentrale Behandlung von Straßenabflüssen aus Platzgründen nicht immer möglich. Um dennoch behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser zu reinigen, stellen dezentrale Reinigungsanlagen eine Alternative und Ergänzung dar. Es existieren unterschiedliche Systeme auf dem Markt, welche auf dem Prinzip der Abscheidung durch Sedimentation, Filtration und Adsorption oder auf einer Kombination dieser Verfahren basieren. Als neue Sonderformen stehen Trägermaterialien wie Zeolithe, Zero-valentes Eisen (GEH) z.B. für die Behandlung von Niederschlagswasser, das von Kupferdächern stammt zur Verfügung. In einigen Projekten wurden dezentrale Reinigungsanlagen zur Behandlung von Straßenabflüssen bereits untersucht, meistens unter kontrollierten Randbedingungen. zwischen „nicht behandlungsbedürftigem“ und Um an die gewonnenen Ergebnisse anzuknüpfen und weitere Erfahrungen über ihre Leistung in situ und deren Betriebsaufwand zu sammeln, wurde am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft der TU Berlin in enger Kooperation mit der Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbH (IPS), dem Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB), den Berliner Wasserbetrieben (BWB) und der Berliner Stadtreinigung (BSR) das Projekt „Dezentrale Reinigung von Straßenabflüssen“ bearbeitet. Die Ziele des Projektes bestanden darin, Aussagen über verschiedene Technologien zur dezentralen Reinigung von Straßenabflüssen hinsichtlich der stofflichen Rückhalteleistung und dem Betriebsverhalten zu treffen. Dafür wurden im öffentlichen Straßenraum in Berlin (Clayallee) sowie auf einem Betriebshof der Berliner Stadtreinigung verschiedene Systeme untersucht. Zusätzlich erfolgte eine Untersuchung der Anlagen unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen an einem Teststand. Die Ergebnisse wurden mit den Erkenntnissen der in situ Untersuchung verglichen. Weiterhin wurden abschätzende Modellierungen auf Einzugsgebietsebene, eine Kostenvergleichsrechnung sowie eine Ökobilanz erstellt. Das Projekt lief vom 01.11.2012 bis zum 30.09.2015.