Der Einfluss organischer Spurenstoffe (z.B. Arzneimittel, Hormone, Kosmetikprodukte und Pestizide) in Oberflächengewässer sorgt für eine starke Belastung der Gewässerqualität und deren Lebewesen. Ebenso werden Spurenstoffe in der Trinkwasseraufbereitung gefunden. Kläranlagen sind der Haupteintragspfad der organischen Spurenstoffe in die Oberflächengewässer. Die Elimination von Spurenstoffen kann durch Adsorption an Pulveraktivkohle (PAK) oder granulierter Aktivkohle (GAK) erfolgen. Das andere Verfahren ist die Ozonung, bei der Ozon (O3) mit der Organik reagiert und die Spurenstoffe eliminiert oder reduziert. Die Spurenstoffelimination kann online nicht gemessen werden. Weil sich die Spurenstoffe in der organischen Wassermatrix befinden, bedient man sich an Ersatzparametern (Surrogatparameter), welche diese messen. Ein bewährter Surrogatparameter ist der spektrale Absorptionskoeffizient bei 254nm (SAK254). Eine andere Onlineüberwachung ist die Messung der Fluoreszenz der organischen Wassermatrix. Es wurde gezeigt, dass es eine Korrelation zwischen UV und der Fluoreszenz in Bezug auf die Spurenstoffelimination gibt. In dieser Arbeit wird die Praxistauglichkeit der Fluoreszenzmessung untersucht und mit der bewährten UV-Messung verglichen. Die praktische Durchführung dieser Arbeit wurde an einer Ozon-Pilotanlage in der Kläranlage Schönerlinde durchgeführt. Für die SAK254-Messung werden I::SCAN- Sonden der Firma S::SCAN genutzt. Diese nutzen eine photometrische Einzelwellenlängenmessung bei 254nm. Die genutzte Fluoreszenzsonde ist die YSI-EXO2 der Firma Xylem. Sie misst die Fluoreszenz über einen fDOM-Sensor (fDOM = fluorescent Dissolved Organic Matter). Die Extinktion dieser Sonde beträgt 365 ± 5 nm und die Emission erfolgt bei 480 ± 40 nm. Für den praktischen Vergleich zwischen SAK254 und fDOM dienen Onlinedaten die in einem Zeitraum von einem Jahr aufgenommen wurden. Die Onlinedaten wurden unter verschiedenen Randbedingungen, gleichbleibende Wasserqualität-variierender Ozoneintrag und variierende Wasserqualitätkonstanter Ozoneintrag, verglichen und ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass die Fluoreszenzsonde alle Werte unter den Randbedingungen analog zur SAK254-Sonde abbilden konnte. Die gebildete relative Abnahme delta fDOM war nahezu gleich des delta SAK254. Dies bestätigte die Korrelation von Fluoreszenz und UV auch im praktischen Betrieb. Zudem wurden die Auswirkungen des Foulings auf die Fluoreszenzsonde betrachtet. Fouling sind organische und mineralische Ablagerungen auf den Sensoroberflächen. Das Fouling wurde bei den SAK254-Sonden und der Fluoreszenzsonde festgestellt. Bei der SAK254-Sonde hat das Fouling Einfluss auf die Zu- und Ablaufwerte. Dadurch ändert sich die gebildete Abnahme und es kommt zu Überdosierungen. Auch bei der Fluoreszenzsonde sind Veränderungen der Zuund Ablaufdaten zu erkennen. Dennoch wird die gebildete Abnahme von fDOM durch das Fouling nicht beeinflusst und es kommt nicht zu Überdosierungen. In allen Abschnitten wurde die Elimination der Spurenstoff Benzotriazol, Diclofenac, Metoprolol und Iopromid gegenüber delta SAK254 und delta fDOM gestellt. In allen Auswertungspunkten war die Elimination über die Fluoreszenz tendenziell höher als die der UV-Messung. Weil die Spurenstoffabnahme mit der spezifischen Ozondosis (EDOC,korr) korreliert und diese konstant ist, kann die minimale höhere Elimination nur mit der „Unschärfe“ der Korrelation zwischen SAK254 und fDOM begründet werden. Anhand der Ergebnisse dieser Arbeit konnte die Korrelation zwischen Fluoreszenz und UV im praktischen Betrieb bestätigt werden. Die Fluoreszenz könnte als Monitoring-Parameter genutzt werden. Auch zur Regelung könnte die Fluoreszenz eine Alternative sein. Dennoch besteht dort noch Forschungsbedarf, weil der Surrogatparameter fDOM in diesem Forschungsprojekt nicht als Regelparameter eingesetzt wurde.

The types and objectives to apply managed aquifer recharge (MAR) are manifold and so are the risks that can arise during the planning, implementation and operation of a MAR facility. In general, operational, regulatory, business, human health, and environmental risks can occur and should be identified already during the planning and implementation stage to apply preventive measures and secure the safe and realibale operation of a MAR facility. This report represents risk assessment based on recommendations of international guidelines (AlcaldeSanz and Gawlik, 2017; NRMMC-EPHC-NHMRC, 2008; WHO, 2009, 2011) at six MAR sites which are at different stages of development. Three case studies are at the feasibility or pilot stage: two ASR systems in João Pessoa and Recife, Brazil and one induced bank filtration site at the Beberibe River in Brazil, and three case studies at the operational stage: one SAT system in the Ezousa catchment in Cyprus, and two infiltration basin systems in Hyères, France (Aquarenova site) and Berlin-Spandau, Germany. The entrylevel assessment according to the Australian guidelines (NRMMC-EPHC-NHMRC, 2009) has been conducted for the feasibility or pilot scale schemes For fully operational MAR schemes, in addition to the entry-level assessment, the degree of difficulty assessment and the maximal risk assessment were carried out. At all stages of site development, risk assessment helps to identify and characterize potential hazards that may cause risks to human health and the environment. This report may be used to assist in clarifying which actions or further investigations are required to identify and reduce the uncertainty of risks and to implement remediation measures if necessary. In addition, this report intends to show how sitespecific hazards have been assessed to varying degrees depending upon the level of risk assessed at each project development stage.

Sustainable urban drainage systems (SUDS) can significantly reduce runoff from urban areas. However, their potential to mitigate acute river impacts of combined sewer overflows (CSO) is largely unknown. To close this gap, a novel coupled model approach was deployed that simulates the effect of realistic SUDS strategies, developed for an established city quarter, on acute oxygen depressions in the receiving river. Results show that for an average rainfall year the SUDS strategies reduce total runoff by 28% - 39% and peak runoff by 31% - 48%. Resulting relative reduction in total CSO volume ranges from 45% - 58%, exceeding annual runoff reduction from SUDS by a factor of 1.5. Negative impacts in the form of fish-critical dissolved oxygen (DO) conditions in the receiving river (<2 mg DO/L) can be completely prevented with the SUDS strategies for an average rainfall year. The realistic SUDS strategies were compared with a simpler simulation approach which consists in globally downscaling runoff from all impervious areas. It indicates that such a simple approach does not completely account for the positive effect of SUDS, underestimating CSO volumes for specific rain events by up to 13%. Accordingly, global downscaling is only recommended for preliminary planning purposes.

Wastewater treatment plants (WWTPs) are evolving towards a more sustainable manner, by which not only the effluent quality and operational costs but also the greenhouse gases (GHG) potential is incorporated into the assessment inventory. GHG emissions from the WWTPs include CH4, CO2 and N2O, of which the N2O is of special interest due to 265-fold CO2-equivalent. Thus, even a low amount of N2O is undesired. Aerobic granular sludge (AGS) is a promising biological nutrient removal technology due to considerable structural and microbiological distinctions compared with conventional activated sludge (CAS) flocs, leading to huge improvements of carbon footprint saving. Nevertheless, the N2O formation from the AGS reactor is likely higher than that from the CAS, in terms of sequence batch reactor (SBR) configuration and inherent complex mechanism. In addition, there wasn’t any long-term monitoring campaign on the AGS reactor focusing on N2O emissions so far.This study focusses on a N2O emission online monitoring campaign, which was carried out in a Nereda® AGS reactor treating domestic wastewater from the Berlin region, lasted more than 6 months, including two different phases, namely feeding with pre-treated and raw wastewater after aerated sand trap and 2mm sieve box. The off-gas was sucked from the top of the SBR reactor and measured with online gas analyzer. Then the emission factor (EF) was calculated based on the correlated influent nitrogen load, which was converted from the influent NH4-N concentration by fixed ratio of 0.8. During the first phase, the EF was equal to 2.97%, while during the second phase, the EF was equal to 4.52%. Generally, the EF calculated in terms of both phases was 3.71%. Compared with other long-term campaigns based on CAS and SBR processes, higher GHG potentials could be induced, which also challenges the predominance of the AGS reactors from the perspective of minimizing GHG when only considering the energy consumption into scope. In-depth analysis indicated that the hydroxylamine oxidation pathway was the most likely over the monitoring course and EF calculated during main aeration incorporate negligible fraction of N2O produced from the pre-denitrification phase. Correlation test combining two specific time frames showed the moderate positive correlation between temperature and EF, which was in contrast to what has been assumed before but coincided with the inference from the micro-level analysis of our study. The weak negative correlation ship of COD/N ratio and EF was reported for each individual phase. Due to the insignificant impact from pre-denitrification and exclusion of the post-denitrification phase, it could not be considered as reliable. In terms of narrow range of DO and no accumulation of nitrite, the weak negative correlation ship of DO and EF could not infer to any further conclusion. In addition, it should be noted that some uncertainties may distract the reliability of our results. High resolution online measurement should be applied for the determination of off-gas flow, COD and TNb concentration, instead of correlation method or infrequent laboratory analysis. The detection of dissolved N2O along the course are needed to provide more insights about the N2O formation during the process and to distinguish the contribution between aerated phase and non-aeration phase. At last, more frequent monitoring of the significant precursor nitrite and hydroxylamine is demanded to figure out the dominant pathway for AGS reactors.

Zum Forschungsdatenmanagement zählen alle Aktivitäten, die mit der Aufbereitung, Speicherung, Archivierung und Veröffentlichung von Forschungsdaten verbunden sind. Die Bedeutung des Forschungsdatenmanagements ist in den vergangenen Jahren immens gestiegen. Grund dafür sind die großen Datenmengen, die im Zuge der Digitalisierung und Automatisierung von Prozessen anfallen und neue Herausforderungen an deren Verwaltung und Verarbeitung stellen, die mit den bisherigen Werkzeugen schwer bewältigt werden können. Dies gilt auch für Daten in der Wasserforschung. Der nachhaltige Zugang zu Forschungsdaten und die Erstellung von Datenmanagementplänen werden zunehmend von Forschungsförderern verlangt. Am Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH (KWB) werden im Rahmen von Forschungsprojekten eine Vielzahl von Daten verarbeitet, die entweder selbst erhoben oder von Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden. Dazu zählen Messdaten, Metadaten, Fotos/Videos, Bestands- und Zustandsdaten und verarbeitete Daten (z.B. Zeitreihen, aggregierte Werte, Ergebnisse aus Computersimulationen). Um solche Daten nachhaltig nutzbar zu machen, zu verwalten und zu verarbeiten, sind standardisierte Prozesse, Werkzeuge und Methoden zu entwickeln, die eine projektübergreifende Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleisten. Ziel des Projektes FAKIN (Forschungsdatenmanagement an kleinen Instituten) war es, ein solches Forschungsdatenmanagement (FDM) für das KWB in Zusammenarbeit mit den Projektwissenschaftlern zu erarbeiten und unternehmensweit zu etablieren. Damit sollte das Vorhaben als übertragbares Fallbeispiel für das FDM an kleinen, aber stark vernetzten außeruniversitären Forschungsinstituten dienen.

The present work deals with the possibility of using capillary nanofiltration (NF) in combination with bank filtration as a pretreatment step for drinking water production. Main goal is to show the removal of selected compounds including sulphate and organic micropollutants (OMP) during the NF. Also demonstrating the benefits of bank filtration as a pretreatment step in comparison to the direct treatment of surface water using capillary NF. For that purpose, a demonstration site in pilot scale was operated as a part of the European project AquaNES at the waterworks Tiefwerder in Berlin. Since 2017 several studies (Hoff, 2017; Rohde, 2018; Jährig et al., 2018) were conducted with drinking water and anoxic well water as feed sources for the NF pilot plant. Building on these the main objective of the present thesis is to optimize the NF pilot plant operation using suboxic well water and surface water as a feed source. Operating data was analyzed and sampling campaigns were carried out to determine the retention capacity of the capillary NF membranes for selected compounds. High retention was achieved for sulphate (45 - 67 %), hardness (55 %), iron (80 %) and selected OMPs further with removal of DOC (56 – 88 %). Microbiological sampling showed a higher impact of microbial growth during the operation of the pilot plant with surface water compared to well water. Furthermore different cleaning agents were tested concerning their ability to restore the membrane performance and their costs. Regarding the specific energy consumption, different measures showed a reduction of plant energy need can be achieved. In conclusion the experiments show a higher impact of biofouling during the direct surface water treatment in comparison to the pretreatment with bank filtration. Long term operation of the tested capillary NF is possible. Under the influence of oxygen and microbial growth there is a high demand of chemical cleaning.