Das Ziel dieser Arbeit liegt in einer optimierten Betriebsführung der Ozonierung kommunalen Abwassers durch Identifizierung von organischen und mineralischen Ablagerungen auf Sensoroberflächen (Fouling). Als Grundlage dienen die über einen Zeitraum von sieben Monaten aufgenommenen Onlinedaten zweier (unterschiedlicher) photometrischer Sondentypen zur Einzelwellenlängenmessung des SAK254 (s::can – i::scan) und zur spektralen Messung im UV- und UV/VIS-Bereich (TriOS – OPUS, WTW – CarboVis 705 IQ). a über die Dauer des Untersuchungszeitraums sowohl eine Problemanalyse des Praktischen Betriebs als auch eine zusätzliche Versuchsreihe zur Überprüfung der spektralen Foulingauswirkungen durchgeführt. Dabei zeigten sich die für die jeweiligen Sondentypen unterschiedlich stark ausgeprägte Effekte. Die spezifische Beschaffenheit und Funktionsweise von Reinigungsmodul und Trübungskompensation wirkt in hohem Maß auf die Entwicklung und Auswirkung des Foulings ein und beeinflusst die Werte entsprechend stark. Während des Betriebs einer SAK254-Sonde ist die Identifizierung von Fouling durch einen Abgleich des tatsächlichen Ozoneintrags mit der erwarteten SAK254-Reduktion (und umgekehrt) möglich (E-delta SAK-Diagramm). Die Versuche der spektralen Untersuchung zeigten im niedrigeren Wellenlängenbereich um 254 nm ein stärkerer Zuwachs, als bei höheren Wellenlängen um 360 nm nm zu verzeichnen war. Dieser Umstand führt zu einer unzureichenden Trübungskompensation sowie einem Anstieg des gemessenen SAK254. Zur Lösung dieser Problematik wurde ein sondeninterner Abgleich der Spektren durchgeführt, um so die Trübungskompensation mittels Integration eines Korrekturfaktors zu optimieren. Zur Identifizierung von Fouling anhand eines E-delta SAK-Diagramms oder zur Optimierung der Trübungskompensation per Korrekturfaktor, sind jedoch weitere Versuche notwendig.

Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe von Sozial Media Daten Starkregenereignisse auszuwerten und Überflutungskarten zu erstellen. Da Starkregen in Deutschland in Zukunft häufiger auftreten wird, erscheint es sinnvoll, Methoden zu entwickeln, die, auch perspektivisch proaktiv, bei der Auswertung, Lokalisierung und Ausmaß von Ereignissen helfen können. Das Konzept, Social Media Daten zu nutzen, ist nicht neu. Es ist als „Crowdsourcing“ bekannt und wird bereits seit Jahren in vielen Bereichen eingesetzt. Es wurden insgesamt zwei Starkregenereignisse zur Untersuchung ausgewählt. Das erste Ereignis fand vom 29.06.2017 bis zum 30.06.2017 statt. Das zweite Ereignis ging vom 22.07.2017 bis zum 29.07.2107. Die Regenmengen der beiden Regenereignisse wurden mithilfe von Regenschreiberdaten der Stadt Berlin ausgewertet. Die Social Media Daten wurden von den Plattformen Facebook, Twitter, YouTube und Google gesammelt, entsprechenden Orten in Berlin zugeordnet und ausgewertet. Mit diesen Daten ließen sich Überflutungskarten erstellen. Hinzu kamen die Einsatzdaten der Berliner Feuerwehr im Rahmen dieser Ereignisse. Die anhand der Social Media Daten erhaltenen Überflutungsdaten wurden mit den Regenschreiberdaten und den Feuerwehreinsatzdaten abgeglichen und auf ihre Korrelationen untersucht. Die drei Datensätze für sich alleine genommen haben Vorteile und Nachteile ergänzen sich aber gegenseitig sehr gut. Bei einem Abgleich lässt sich dann ein Ereignis gut in seiner Länge und in seinem Ausmaß beschreiben. Die entwickelte Methode kann als direkter Überflutungsnachweis unter Beachtung von Einschränkungen, wie Bildqualität oder Zuordenbarkeit von Social Media Daten, dienen. Darüber hinaus bietet die Nutzung von Social Media Daten eine gute Ergänzung und Möglichkeit zur Validierung und Kalibrierung von Überflutungsmodellen.

In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde die chemische Reinigung (‚Chemical Enhanced Cleaning‘, CEC) einer kapillaren Nanofiltration (NF) im Pilotmaßstab im Rahmen des Projektes AquaNES am Standort Berlin untersucht. Die Pilotanlage wird anoxisch betrieben, um Membranfouling entgegenzuwirken. Für die Optimierung der chemischen Reinigung wurde die kombinierte Reinigung von Säure-Lauge-Säure durchgeführt, was zu verschlechterten Rückhalteeigenschaften geführt hat. Zusätzlich wurde Salzsäure (HCl) zum Reinigungsprozess hinzugefügt, wodurch eine Regeneration des Transmembrandrucks (‚Trans Membrane Pressure‘, TMP) >100 % erzeugte wurde. Die Effektivität der Reinigung auch nach Verringerung der Ascorbinsäurekonzentration zeigte, dass HCl Ascorbinsäure (Asc, C6H8O6) als saure Reinigungschemikalie ersetzen könnte. Der Druckverlust über die Membran (‚Pressure Drop‘, PD) wurde durch Störungen im Betrieb stark negativ beeinflusst und konnte über die Durchführung eines Luftintegritätstests (‚Air Integrity Test, AIT) regeneriert werden. Mit der zusätzlichen Verlängerung des Rückspülintervalls und der damit verbundenen geringeren Foulingbelastung der Membran konnten die Chemikalienkosten für die Reinigung um über 90 % reduziert werden. Weiterführende Versuche müssen die beobachteten Zusammenhänge validieren.

This study was done in connection with the EU-funded project POWERSTEP. Powerstep, with various research-work packages, is positioned to help conceptualise waste water treatment facilities as energy suppliers. The goal of the study is to evaluate if micro-filtration, as part of an expanded pre-treatment stage, can provide organic matter for digestion while allowing stable treatment conditions in sludge activation.

In dieser Arbeit wird die Eignung von zwei Vertikalbodenfiltern, die an einer Ozonung (O3) zur weitergehenden Spurenstoffelimination im Kläranlagenablauf nachgeschaltet werden, untersucht. Die Bodenfilter unterscheiden sich primär in den verwendeten Filtermaterialien: Sand, als konventionelles Füllmaterial (BF1), und BioChar als alternatives Substrat (BF2). Letzteres setzt sich aus Lava- und Pflanzenkohle zusammen und soll auf Grund der zusätzlichen adsorptiven Reinigungsleistung für eine weitergehende Spurenstoffelimination sorgen. Die Pilotanlage wurde während des Versuchszeitraums wöchentlich an vier Messstellen (Zu- und Ablauf der Ozonanlage, Abläufe beider Bodenfilter) beprobt und hinsichtlich Wasserqualitätsparameter und Spurenstoffe untersucht. Die ausgewählten Spurenstoffe stammen aus den Bereichen Pharmazie, Landwirtschaft und Industrie. Allgemein sorgten die Bodenfilter für eine Verbesserung der Wasserqualität, welche sich unter anderem durch eine Reduktion des CSB und des DOC äußerte. Der CSB verringerte sich von 28,8 mg/L (Ablauf Ozonung) auf 18,4 mg/L (BF1) bzw. 17,4 mg/L (BF2), der Nitratgehalt von 12,1 mg/L auf 10,1 mg/L (BF1) bzw. 8,5 mg/L (BF2). Ebenfalls sorgten beide BF für eine Verminderung des Gesamtphosphors, welcher von 0,44 mg/L auf 0,11 mg/L (BF1) bzw. 0,27 mg/L (BF2) reduziert wurde. Der gelöste Phosphoranteil und das Orhophosphat reduzierten sich ebenfalls im BF1 (Pgel um 0,06 mg/L und oPO4 um 0,03 mg/L), wohingegen diese Fraktionen im BF2 um 0,10 mg/L (Pgel)und0,13mg/L (oPO4) anstiegen. Bei den Spurenstoffen zeigte die Ozonanlage hohe Wirkungsgrade (> 95%) bei einigen Substanzen, wie zum Beispiel für Diclofenac und Carbamazepin. Im BF1 lassen sich keine zusätzliche Elimination der Spurenstoffe feststellen. Wohingegen im BF2 eine weitergehende Elimination auf Grund der adsorptiven Wirkung bei vier Substanzen (Candesartan (CAN), Benzotriazol (BTA), Metoprolol (MTP), Oxipurinol (OXP)) zu beobachten war. Während des Versuchszeitraums sind sehr hohe Eliminationsleistungen (> 95%) in der Verfahrenskombination O3 + BF2 bei den Spurenstoffe MTP und BTA zu verzeichnen. Dabei waren die Unterschiede bei BTA deutlich ausgeprägter: der Wirkungsgrad stieg von 74,5 (O3 + BF1) auf 90,5% (O3 + BF2). Der größte Unterschied innerhalb der BF bestand bei OXP. Dort erhöhten sich die Wirkungsgrade von 43,1% auf 88,7%. Gegen Ende des Versuchszeitraumes deutete sich eine Abnahme der Eliminationsleistungen von CAN und OXP an, welches auf eine Erschöpfung des Sorptionspotentials schließen lässt. Ähnliche Tendenzen zeigen sich bei Raumfiltern, welche mit Aktivkohle gefüllt sind. Daher ist davon auszugehen, dass sich die Leistungsfähigkeiten des BF2 mit steigender Betriebsdauer denen des BF1 angleichen. Insgesamt eignen sich Vertikalbodenfilter für die Aufbereitung von ozoniertem Abwasser. Im Vergleich zu konventionellen Raumfiltern weisen sie einen geringeren Wartungsaufwand auf, besitzen aber einen deutlich höheren Platzbedarf (Faktor 1700). Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen darauf schließen, dass die weitergehende Spurenstoffelimination der Bodenfilter vergleichbar mit ähnlich gefüllten Raumfiltern ist.

The aim of this thesis, carried out within the course of the EU-funded research Project POWERSTEP, is to investigate the applicability of duckweed in wastewater treatment in removing nitrogen based on the principle of the APS duckweed plant system. The motivation for this investigation is the intended combination of the Hydrotech drum filter with the APS duckweed plant system at case study one of the POWERSTEP project. The goal is to demonstrate and market a new wastewater treatment concept heading towards energy positive wastewater treatment plants. The investigations within the scope of the thesis were carried out on a laboratory scale to identify suitable duckweed species, the optimal duckweed mat density, relative growth rate (RGR), doubling time and the ammonium removal under the given conditions at the case study. From the four tested duckweed species Lemna Minor, Lemna Minuta, Landoltia Punctata and Spirodela Polyrhiza, the species Lemna Minor and Landoltia Punctata adapted best to the given wastewater composition. In a mix population of Lemna Minor and Landoltia Punctata a mat density of 0.075 g·cm-2 was determined to be best in suppressing competitive submerged algae growth and enabling duckweed relative growth rates of 0.072 d-1 and doubling times of 9.93 days. Based on the APS duckweed plant system, mean daily ammonium removal of 0.56 g N·m-2·d-1 and a daily ammonium degradation efficiency of 72.75% to a mean ammonium effluent of 12.26 mg·l-1 was shown at a lab-scale for a retention time of 24 hours. Based on the results of this research, it can be concluded that the principle of the APS duckweed plant system under the use of Lemna Minor and Landoltia Punctata can be applied to remove ammonium from wastewater achieving high reduction rates.

Aufgrund einer unzureichenden Spurenstoffelimination in der konventionellen Abwasserbehandlung, bilden Klärwerke einen wichtigen Eintragspfad anthropogener organischer Spurenstoffe in Oberflächengewässer. Zum Abbau der Belastung durch organische Spurenstoffe im Klarlauf rüsten nach und nach Klärwerke mit einer vierten Reinigungsstufe auf. Dabei wird zur Entfernung der Spurenstoffe auf Aktivkohle oder Ozonung zurückgegriffen. Für die entsprechenden Modifikationen der Klärwerke werden zuvor häufig aufwendige Pilotuntersuchungen durchgeführt, um die entsprechenden Prozessparameter für die Auslegung zu bestimmen. Um diesen Prozess zu umgehen und die damit entstehenden Mehrkosten und Arbeitskräfte zu reduzieren oder gar einzusparen, sollten Pilotierungen durch schnelle, aussagekräftige Experimente im Labormaßstab ausgewechselt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Testmethode zu der Ozonung durchgeführt und der Einfluss der Zugabeart, der Temperatur, der Wassermatrix und des Gehalts an DOC und Nitrit untersucht. Für die Validierung der Simulationsumgebung und der Vorhersage des Spurenstoffabbaus in Abhängigkeit von den Einflussfaktoren wurden entsprechende Versuche in dem Institut für Wasserreinhaltung an der Technischen Universität Berlin durchgeführt. Die Testmethoden eines Batch-Verfahrens, bei der eine variierende Menge an hochkonzentrierter Ozonlösung in dem konstant gehaltenen Probevolumen gegeben wird, wurde mit der indirekten Messung der Ozonexposition durch Indigo (DIN 38408-3) gekoppelt und verschiedenen Variationen der Einflussparameter ausgesetzt. Neben der Indigomessmethode wurde auch die Alternative mit Nitritquench ausprobiert und festgestellt, dass diese sich dafür nicht eignet. Durch das Testen der Zugabeart konnte festgestellt werden, dass eine 1: 2 Dosierung einer 2-Punktinjektion am effektivsten für die Elimination der meisten Spurenstoffe ist. Des Weiteren führte eine Variation der Probentemperatur bei Batch-Versuchen zu einer Senkung der Ozonexposition und zu keinen nennenswerten Einflüssen auf die Spurenstoffelimination. Drei Kläranlagenabläufe aus unterschiedlichen Regionen Deutschlands mit unterschiedlichen pH-Werten, DOC- und Nitritkonzentrationen wurden verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass die Korrektur des Ozoneintrags um einen Nitritfaktor und der Bezug auf den DOC zwar ein gutes Instrument darstellen, um unterschiedliche Wassermatrizen vergleichbar zu machen, jedoch nicht ganz ausreichend ist. Während die Kläranlagenabläufe ähnliche Ergebnisse der Spurenstoffelimination bei der Auftragung über SAK254 liefern, wurden bei der Auftragung von Spurenstoffs Abbau über EDOC,korr einige Diskrepanzen festgestellt, die nicht durch eine pH-Wert Korrektur wettgemacht werden konnten. Analog sah die Situation auch bei der Ozonexposition aus. Dies lässt sich durch die verschiedene Zusammensetzung des organischen Materials und der Menge an als Radikalfänger agierenden Stoffen im Kläranlagenablauf erklären. Nichtsdestotrotz erwies sich ein linearer Zusammenhang zwischen dem delta SAK254 und der Elimination jeden Spurenstoffes, der als ein robustes Instrument zu der zu erwartenden Entfernung bei einem bestimmten Ozoneintrag verwendet werden kann, allerdings nur, wenn pH-Wert ebenfalls mitberücksichtigt wird. Zur Vorhersage der Spurenstoffelimination wurden auch die theoretischen möglichen OHRadikalexpositionen aus den Ozonexpositionen berechnet. Dabei ergaben sich bei allen Kombinationsmöglichkeiten sehr große Varianzen, von denen keine den realen Messwert getroffen hat.

Within the context of EU-funded research project Powerstep the transferability of the innovative treatment concept CARISMO should be investigated on a full-scale wastewater treatment plant in a rural area. This concept contains an increased separation of primary sludge through wastewater filtration to use this in the digester for energy production. After filtration the flow to the SBR is reduced in COD load. As a consequence modifications of biocenosis and sludge structure are expected. Aim of this master thesis is to shift and evaluate the process during running operations. During commissioning only one out of two SBR was shifted. The fact allows a direct comparison to standard operations. Efficiency of filtration is shown by a balance of substance flow.