Bank filtration and artificial recharge provides an important drinking water source to the city of Berlin. Due to water recycling, the introduction of persistent trace pollutants (e.g. pharmaceuticals) in the drinking water may be a concern. The project “Organic Substances in Bank filtration and Groundwater Recharge - Process Studies” at the Technical University of Berlin is part of the “Natural and Artificial Systems for Recharge and Infiltration (NASRI)”-project of the Berlin Centre of Competence for Water. The research objectives of this part of the project are to study the removal of bulk and trace organics at different field sites with different characteristics in Berlin. In Berlin’s public drinking water supply nearly 70% of the 220 Mio m3 per year originate from bank filtration and groundwater recharge (~56% from bank filtration and ~14% from groundwater recharge (BWB 2003)). Since the 19th century Berlin has relied on bank filtration with retention times of several months to produce “new” ground water. A semi-closed urban water cycle has been created with the growth of the city. At some bank filtration sites the surface water is strongly influenced by highly treated domestic waste water effluent (e.g. 15-30% in Lake Tegel) (Ziegler et al. 2002). Despite this indirect potable reuse, the bank filtration system continues to provide high quality water which is distributed without chlorination. This unique situation in Berlin was an interesting field site for a research project of the Berlin Center of Competence for Water. Recently, the break through of organic trace pollutants in bank filtration systems has been studied in various research projects. Especially, since improved analytical methods can detect in ranges below 1µg/l. Since the processes during bank filtration are very complex, it is difficult to predict the fate of trace organics during bank filtration or to estimate important factors of influence for their degradation. In addition to redox state, factors such as retention time, initial degradable carbon concentration, soil properties and hydrogeological conditions may affect the final concentration. Many studies revealed positive findings of pharmaceuticals, pesticides or industrial chemicals (Hiemstra et al. 2003, Heberer et al. 2001, Verstraeten et al. 2002) in bank filtrate. Compounds like carbamazepine and clofibric acid were reported to be partly recalcitrant during underground transport (Stan and Linkerhäger 1994, Ternes et al. 2002). Furthermore, Ternes and Hirsch (2000) reported the occurrence of x-ray contrast media in surface waters and in surface water influenced groundwaters, where they constitute a major fraction of the adsorbable organic iodine (AOI). The contrast media were found to be very polar, persistent and difficult to remove in wastewater treatment (Jekel and Wischnack 2000). Hartig (2000) reported the break through of antibiotic sulfonamides from surface water to monitoring wells more than 50 m off the lake front (residence time~3 months). But in most of the reported cases the concentration in the bank filtrate is much lower than in the surface water. Since this concentration decline is not only due to dilution, long term bank filtration appears to have the capability to reduce trace organic pollutant concentrations. It would be of great practical value to classify the important trace organic pollutants by degradability during bank filtration and to evaluate the conditions that are favorable for the removal of certain compounds. This study begins to clarify these issues for a few trace organic pollutants. The factors of influence for degradation are studied for model compounds that represent groups of trace pollutants. Additionally, the infiltration process is characterized by several bulk-organic parameters. The goal of the study is to provide a tool that can be merged with hydrogeological models and soil properties to predict the removal efficiency of a given field site.

In Berlin, 70 % of the drinkinq water is derived from bank filtrate or artificially recharged water. Because the surface water system contains elevated proportions of secondary treated municipal sewage, a number of sewage indicators from various sources can be detected in the bank filtrate. An artificial recharge site and a bank filtration site in Berlin Tegel are introduced and compared in terms of their hydrogeological and hydrochemical properties. Because of a permanent clogging layer and the geological properties, travel times are slower at the BF site and the hydrochemical conditions are more reducing. First estimates for the reaction rate constants of oxygen and nitrate are obtained with exponential data fitting. Some of the effects of the different redox conditions on minor substances such as drug residues are highlighted.

Since the 1970s we know about the idea of real-time control of urban drainage systems. Anyway, global real-time control strategies still show a lack of implementation for large drainage systems of high complexity. In Berlin, Germany, a city of 3.5 million inhabitants covering an area of around 900 km², the demand for enhanced protection of the environment and the growing economic pressure have led to an increasing application of control assets and concepts within the sewage system. In the framework of the project “Integrated Sewage Management” the possibilities of a global and integrated control strategy for the Berlin system are examined. The paper is focused on the historical concept and design of the sewerage and the further improvement towards an environment-oriented system that builds the basis for today’s considerations. The operational method and functionality of local regulators that have already been implemented are described. Further more the model-based methodology for the analysis of the system and the development of global control concepts as well as results of system analysis are stated. On the basis of model simulations it is shown that a global coordination of pump stations can lead to a reduction of sewer overflows and consequently to an enhanced water protection.

Bank filtration and artificial groundwaterecharge are important, effective and cheap techniques for surface water treatment and removal of microbes, inorganic and some organic contaminants. Nevertheless, mechanisms of the removal of impurities and of the chemical reactions of the water components have not been understood sufficiently and are therefore subject of this research project. The interdisciplinary project of the Berlin Centre of Competence for Water (KWB gGmbH) entitled NASRI (Natural and Artificial Systems for Recharge and Infiltration) concentrates among other topics also on nicroorganisms and trace organic substances frequently detected in surface waters.

Die Steuerung von Entwässerungssystemen erlaubt bislang ungenutzte Kapazitäten, sowohl zur Speicherung, wie auch zur Reinigung von Abwasser, zu aktivieren. Die historisch gewachsene Struktur der Berliner Mischkanalisation mit ihren oben aufgeführten Eigenschaften erlaubt per se eine gezielte Bewirtschaftung der Teilentwässerungssysteme. Im Zuge von Sanierungsarbeiten wurden mittels lokaler Steuerungsorgane bereits zusätzliche Speicherreserven in den Kanalnetzen erschlossen. Um die Effizienz des Systems weiter zu erhöhen, wird im Rahmen des Projektes „Integrated Sewage Management“ das Potenzial einer Verbundsteuerung von Kanalnetzen, Pumpwerken und Kläranlagen untersucht. Erste Ergebnisse bezüglich möglicher Effekte einer globalen Steuerung von vernetzten Systemkomponenten werden für Ende 2003 erwartet, wenn anhand des entwickelten Modells verschiedene, realisierbare Steuerungsstrategien simuliert und auf ihre Auswirkungen hin getestet und evaluiert werden. Bezüglich der Umsetzung von geplanten Strategien und der Entwicklung von ersten Applikationen für den Betrieb des Abwassersystems wird an dieser Stelle auf [Mannel, 2003] verwiesen.

Berliner Wasserbetriebe has started a pilot project about new sanitation concepts in conjunction with Vivendi Water in the framework of the Kompetenzzentrum Wasser Berlin. In order to define the experiments for testing new, sustainable sanitation con-cepts a pre-study has been done. This study includes a cost comparison between two new sanitation concepts with gravity and vacuum separation toilets and the conven-tional system. It could be demonstrated that the new sanitation concepts may have cost advantages depending on the situation. This was a further motivation starting a pilot project in Berlin/Brandenburg testing the above mentioned toilet systems under realistic conditions. The operation of the gravity separation toilets concept will start in the summer 2003.

Zur Ermittlung der zu testenden neuen, nachhaltigen Sanitärkonzepte wurde eine Vorstudie durchgeführt. Diese Studie beinhaltet einen Kostenvergleich zwischen zwei neuen Sanitärkonzepten mit Schwerkraft- und Vakuumseparationstoiletten und dem konventionellen System. Es konnte gezeigt werden, dass die neuen Sanitärsysteme, abhängig von den Rahmenbedingungen, Kostenvorteile haben. Aus diesem Grund wurde das Pilotprojekt zum Test der oben genannten neuen Sanitärkonzepte unter realistischen Bedingungen in Berlin/Brandenburg gestartet. Das Sanitärkonzept mit Schwerkrafttrenntoiletten wird voraussichtlich im Sommer 2003 in Betrieb gehen.

In den letzten Jahren hat die Untersuchung des Vorkommens und Verhaltens von Arzneistoffen und endokrin wirksamen Substanzen in der Umwelt zunehmend an Bedeutung gewonnen (Daughton and Ternes, 1999; Kümmerer, 2001; Heberer, 2002). Verschiedene Studien zeigten, dass abwasserbürtige Verbindungen zum Teil nicht oder nicht vollständig durch die Behandlung des Abwassers entfernt werden (Heberer, 2002; Ternes, 1998; Daughton and Ternes, 1999). Somit können unter anderem Humanpharmazeutika und deren Metabolite über Kläranlagenabläufe in die aquatische Umwelt gelangen. Da die Wirkschwelle solcher Verbindungen zum Teil schon in sehr geringer Konzentration erreicht wird (z.B. Ethinylestradiol - Purdom et al., 1994) oder die Datenlage hierzu unzureichend ist, gewinnt die Entfernung der Spurenstoffe während der Abwasserbehandlung immer mehr an Bedeutung. Membranbelebungsanlagen könnten hier einen verbesserten Rückhalt bewirken. Neben der biologischen Phosphor- und Stickstoffentfernung (Gnirss et al., 2003; Lesjean et al., 2002) war es Ziel dieses Forschungsprojektes, die Entfernung von ausgewählten organischen Spurenstoffen in zwei Membranbelebungsanlagen im Vergleich zu einem konventionellen Klärwerk zu untersuchen.

Die vollständige Nutzung aller Kapazitäten eines komplexen Abwassersystems, bestehend aus Kanalnetzen, Speicher- und Kontrolleinrichtungen, Drucknetzen und Kläranlagen, speziell im Regenwetterfall ist eine zentrale Aufgabe zur Minimierung von Schmutzfrachtentlastungen in die Vorfluter. Mit dem Ziel der Reduzierung der Gewässerbelastung in Berlin wurde 2000 das Projekt „Integrated Sewage Management (Integriertes Abwasser Management)“ gestarted. Die zentrale Idee des Projektes ist der Einsatz integrierter Simulationssoftware zur Untersuchung verschiedenster Management-Szenarien und hierauf die Definition und Anwendung eines integrierten Steuerungskonzeptes für den Betrieb des Abwassersystems. Besondere Aufmerksamkeit ist auf die Mischkanalisation gerichtet, die auf Grund von Entlastungen über Regenüberläufe ein potentielles Risiko der Gewässerbelastung in sich birgt. Zugleich bietet hier der Einsatz von Steuerungseinrichtungen zur Aktivierung von zusätzlichem Kanalstauraum ein beträchtliches Optimierungspotenzial für das System. Der Artikel gibt einen Überblick über das laufende Projekt. Die Voruntersuchung zur Steuerungswürdigkeit des Systems, der Modellaufbau und die Kalibrierung, sowie die Ziele des Projektes werden dargelegt.