Für den Einsatz in Regenwasserfiltern wurde ein innovatives Substrat entwickelt, das neben Schwermetallen wie Zink und Kupfer (auch in gelöster Form) eine Reihe im Regenwasserabfluss relevanter organischer Spurenstoffe zurückhalten kann. Das Substrat wurde in einem Pilotfilter über ein Jahr unter Realbedingungen getestet. Zu den untersuchten Spurenstoffen gehörten Diuron und Terbutryn als Wirkstoffe von Fassadenbeschichtungen (einschließlich dreier Transformationsprodukte) sowie Mecoprop aus einer wurzelfesten Bitumenbahn und Benzothiazol aus Dachdichtungsbahnen auf EPDM-Basis. Insgesamt wurden während 13 Monaten 17 Einzelereignisse und 2 Sammelproben genommen, die zusammen Regenereignisse mit einer Gesamthöhe von 410 mm repräsentieren. Das Spektrum der mittleren Zulaufkonzentrationen reichte von etwa 2000 µg/L und 200 µg/L für Zink bzw. Kupfer über 70 µg/L für Mecoprop und Diuron bis zu einstelligen Werten für Terbutryn und Benzothiazol. Für die Spurenstoffe zeigte sich zudem ein abnehmender Konzentrationstrend durch Auswascheffekte der untersuchten Flächen. Der Frachtrückhalt war für alle Substanzen hoch und reichte von 85 % Gesamtfrachtrückhalt für Mecoprop und gelöstes Kupfer bis zu 97 % für Diuron, Desmethyl-Diuron und Benzothiazol. Die weitestgehend unspezifische Stoffelimination lässt eine breite Anwendung des Substrats zu.

Städte üben einen hohen Nutzungsdruck auf die Ressourcen Fläche, Wasser, Stoffe und Energie aus. Der entwickelte RessourcenPlan verankert die effiziente Nutzung von Ressourcen in kommunale Planungs- und Entscheidungsprozesse zum Neubau oder der Sanierung von Stadtquartieren. Aus wasserwirtschaftlicher Sicht werden praxisrelevante Zielgrößen hergeleitet, die bereits in sehr frühen Planungsphasen entscheidungsrelevant sein können. Eine wasserwirtschaftliche Flächenkategorisierung und -bewertung verhilft zur Identifikation von Defiziten und Synergieoptionen. Der Verschnitt mit diesen Ressourcen ermöglicht eine ortsspezifische Effizienzbetrachtung sowie ganzheitlich ressourcenoptimierte Planungsentscheidungen.

In Baustoffen wird eine Vielzahl von Stoffen verwendet, um deren Eigenschaften zu verbessern. Die Aufmerksamkeit wurde in den letzten Jahren auf organische Zusätze in Putzen, Fassadenfarben oder Dachabdichtungsbahnen gelenkt, da diese Verbindungen in städtischen Regenwasserabflüssen und Oberflächengewässern nachgewiesen wurden. In der vorgestellten Studie wurde das Ausmaß der durch Regenereignisse induzierten Emissionen an zwei Neubaugebieten in Berlin untersucht. Dazu wurden über einen Zeitraum von 1,5 Jahren Regenwasserabflüsse von Dächern, Fassaden und dem Gesamtgebiet beprobt und analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die Biozide Diuron und Terbutryn aus Fassaden, die Wurzelschutzmittel Mecoprop und MCPA in Bitumenbahnen sowie Zink aus Dächern und Fassaden in die Regenwasserkanalisation gelangten und damit in kleinen Fließgewässern zu Überschreitungen der Umweltqualitätsziele führen können. Zusätzlich traten regelmäßig Transformationsprodukte der Biozide auf. Die berechnete Massenbilanz zeigt, dass die größte Menge der Stoffe vor Ort verbleibt und diffus oder gezielt versickert. Minderungsmaßnahmen zur Quellenkontrolle sollten in Betracht gezogen werden, um das Auslaugen umweltrelevanter Stoffe aus Baumaterialien zu vermeiden.

The H2020 innovation project digital-water.city (DWC) aims at boosting the integrated management of water systems in five major European cities – Berlin, Copenhagen, Milan, Paris and Sofia – by leveraging the potential of data and digital technologies. The goal is to quantify the benefits of a panel of 15 innovative digital solutions and achieve their long-term uptake and successful integration in the existing digital systems and governance processes. One of these promising technologies is a new generation of sensors for measuring combined sewer overflow occurrence, developed by ICRA and IoTsens. Recent EU regulations have correctly identified CSOs as an important source of contamination and promote appropriate monitoring of all CSO structures in order to control and avoid the detrimental effects on receiving waters. Traditionally there has been a lack of reliable data on the occurrence of CSOs, with the main limitations being: i) the high number of CSO structures per municipality or catchment and ii) the high cost of the flow-monitoring equipment available on the market to measure CSO events. These two factors and the technical constraints of accessing and installing monitoring equipment in some CSO structures have delayed the implementation of extensive monitoring of CSOs. As a result, utilities lack information about the behaviour of the network and potential impacts on the local water bodies. The new sensor technology developed by ICRA and IoTsens provides a simple yet robust method for CSO detection based on the deployment of a network of innovative low-cost temperature sensors. The technology reduces CAPEX and OPEX for CSO monitoring, compared to classical flow or water level measurements, and allows utilities to monitor their network extensively. The sensors are installed at the overflows crest and measure air temperature during dry-weather conditions and water temperature when the overflow crest is submerged in case of a CSO event. A CSO event and its duration can be detected by a shift in observed temperature, thanks to the temperature difference between the air and the water phase. Artificial intelligence algorithms further help to convert the continuous measurements into binary information on CSO occurrence. The sensors can quantify the CSO occurrence and duration and remotely provide real-time overflow information through LoRaWAN/2G communication protocols. The solution is being deployed since October 2020 in the cities of Sofia, Bulgaria, and Berlin, Germany, with 10 offline sensors installed in each city to improve knowledge on CSO emissions. Further 36 (Sofia) and 9 (Berlin) online sensors will follow this winter. Besides its main goal of improving knowledge on CSO emissions, data in Sofia will also be used to identify suspected dryweather overflows due to blockages. In Berlin, data will be used to improve the accuracy of an existing hydrodynamic sewer model for resilience analysis, flood forecasting and efficient investment in stormwater management measures. First results show a good detection accuracy of CSO events with the offline version of the technology. As measurements are ongoing and further sensors will be added, an enhanced set of results will be presented at the conference.

Bei Regenwetter können von Gebäuden verschiedene anorganische und organische Stoffe in die Gewässer gelangen. Um solche Stoffeinträge zu bilanzieren, wurden in Berlin die Stoffemissionen in zwei Untersuchungsgebieten erfasst und mittels Modellierung die Emissionsdynamik und Belastungen in Gewässern abgeschätzt. Die Ergebnisse zeigen beispielsweise, dass vor allem von den Westfassaden der Wirkstoff Diuron emittiert. Obwohl im vorgestellten Untersuchungsgebiet nur 1 % der Stoffemission in den Regenkanal bzw. das Gewässer gelangt, können vor allem bei kleinen Gewässern kritische Konzentrationen auftreten. Die überwiegende Fracht verblieb im Gebiet oder versickerte. Um solche Stoffbelastungen zu vermeiden, bieten sich verschiedene Maßnahmen an der Quelle oder nachgeschaltet an. Die entwickelten Vorschläge sind für die Praxis umsetzungsorientiert ausgelegt und zielen auf Fassaden, Dächer und die Grundstücksentwässerung.

Studien zur Entwicklung der Abwasserinfrastruktur in Deutschland zeigen, dass die derzeitigen Investitionen nicht ausreichen, um die fortschreitende Alterung der Kanalisation aufzuhalten. Um Prognosen zur zukünftigen Entwicklung des baulichen Zustands machen und daraus Investitionsentscheidungen ableiten zu können, wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens SEMA-Berlin in enger Kooperation mit den Berliner Wasserbetrieben verschiedene Alterungsmodelle für die lokalen Gegebenheiten getestet und hinsichtlich ihrer Genauigkeit bewertet. Mit diesen Modellen kann der Zustand nicht inspizierter Kanalabschnitte simuliert und die zukünftige Entwicklung des Netzzustandes prognostiziert werden. Die Modelle berücksichtigen Ergebnisse von mehr als hunderttausend Kamerabefahrungen sowie Daten zu individuellen Kanaleigenschaften und Umgebungsfaktoren der Stadt Berlin. Zwei der getesteten Modelle, die den Zustand der Kanalisation mit besonders hoher Genauigkeit wiedergeben können, wurden nun in die Praxis überführt, um i) die bedarfsgerechte Planung von Kanalinspektionen und ii) die langfristige Kanalsanierungs- und Investitionsplanung zu unterstützen. Für den ersten Anwendungsfall werden mit Hilfe von „Maschinellem Lernen“ prioritäre Kanalabschnitte identifiziert und visualisiert. Die Modellergebnisse ermöglichen eine bedarfsgerechte Inspektion von dringend sanierungsbedürftigen Kanälen und eine georeferenzierte Verschneidung mit anderen Bauaktivitäten. Für den zweiten Anwendungsfall werden mit Hilfe eines statistischen Alterungsmodells langfristige Prognosen zur Zustandsentwicklung des Kanalnetzes unter Berücksichtigung verschiedener Investitionsszenarien erarbeitet. Das eigentliche Kanalalterungsmodell wird dafür mit Modellbausteinen für verschiedene Sanierungsverfahren kombiniert, die die Wirkung von Reparaturen, Schlauchlining oder Erneuerung auf den baulichen Zustand simulieren. Neben dem baulichen Zustand des Netzes berechnet das Werkzeug für den Betreiber wichtige Kennzahlen zu Sanierungskosten, zum Netzalter und zur Restnutzungsdauer der Kanäle. Dabei werden auch Unsicherheiten in den Prognoseergebnissen quantifiziert. Die Modellwerkzeuge sind wichtige Bausteine für eine effiziente Sanierungsplanung und den Werterhalt der städtischen Abwasserinfrastruktur und wurden inzwischen in die Praxis überführt. Eine Übertragung der durch das Kompetenzzentrum Wasser und die Berliner Wasserbetriebe entwickelten Ansätze und Werkzeuge auf andere Kommunen und Betreiber ist vorgesehen.

Gülle und Gärreste werden häufig als Wirtschaftsdünger in der Landwirtschaft eingesetzt. Sie liefern sowohl organisches Material für den Boden als auch Stickstoff, der ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen ist. Oft stimmt jedoch die gesetzlich vorgeschriebene, saisonale Ausbringung der Gülle nicht mit dem Zeitpunkt des tatsächlichen Stickstoffbedarfs der Pflanzen überein. Dies führt zu einem unerwünschten Verlust des Stickstoffs für die Pflanzen durch Emissionen ins Grundwasser (Nitrat) oder in die Atmosphäre (Ammoniak und/oder Lachgas). Besonders in Regionen mit einem hohen Gülleaufkommen und einer hohen Ausbringungsrate der Gülle kann es zu starken Umweltbelastungen kommen. Um die Zufuhr des organischen Materials für den Boden von der Stickstoffzufuhr aus der Gülle für die Pflanzen zu entkoppeln, wurde in dem EU geförderten Projekt Circular Agronomics (www.circularagronomics.eu) eine Pilotanlage entwickelt und konstruiert. Die Pilotanlage soll eine „stickstoffabgereicherte Gülle“ produzieren, die als Bodenverbesserer eingesetzt werden kann. Cirular Agronomics zielt darauf ab, zwischen 80 % und 90 % des Stickstoffs, der ursprünglich als Ammonium vorlag, aus der Gülle bzw. dem Gärrest zurückzugewinnen. In einem anschließenden Gaswäscher reagiert das Ammoniakgas mit Schwefelsäure zu einer Ammoniumsulfatlösung, welche ein typischer mineralischer Stickstoffdünger ist. Dieser kann dann ausgebracht werden, wenn die Pflanze den Stickstoff benötigt und umsetzen kann. Um den Prozess der Vakuumentgasung besser zu verstehen und die optimalen Prozessbedingungen zu untersuchen, wurden im Vorfeld Laborexperimente durchgeführt. In den Versuchen wurden der pH-Wert, die Druckbedingungen und die Prozesstemperatur variiert. Die Experimente zeigten, dass bei einem pH-Wert von 9.0, einer Temperatur von 60 °C und einem absoluten Druck von 190 mbar bis zu 88 % des Ammoniums aus dem Gärrest in Form von Ammoniak abgereichert wurden. Eine CO2-Strippung vor Anhebung des pH-Wertes auf pH 9.0, verringerte zudem die notwendige Natronlaugenzufuhr zur pH-Wert-Anhebung um 30 %. Basierend auf den Ergebnissen der Experimente wurden Schlussfolgerungen für ein optimales Design der Pilotanlage abgeleitet. Derzeit wird die Pilotanlage in Betrieb genommen und erste Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse ebenfalls im Vortrag präsentiert werden.

Die Ökobilanz nach ISO 14040 kann die globalen Umweltwirkungen von Kläranlagen umfassend bewerten. Dabei werden durch die Lebenszyklusperspektive alle relevanten direkten und indirekten Umweltwirkungen über ein Stoffstrommodell erfasst und mit verschiedenen Indikatoren nachvollziehbar bewertet. Der Beitrag beschreibt das schrittweise Vorgehen bei einer Ökobilanz und zeigt anhand von Beispielen mögliche Anwendungsfelder und Ergebnisse auf.

In Berlin wird Trinkwasser ohne aufwändige technische Aufbereitung über naturnahe Verfahren gewonnen. Ca. 80% des geförderten Rohwassers stammen aus Uferfiltration oder künstlich angereichertem Grundwasser (Möller & Burgschweiger 2008). Nach der Entfernung von Eisen und Mangan über Belüftung und Filtration wird im Routinebetrieb grundsätzlich auf eine chemische Desinfektion verzichtet. Zur Gewährleistung der hygienischen Sicherheit haben die Wasserschutzgebiete und hier insbesondere die engere Schutzzone (Zone II) daher eine wichtige Bedeutung. Deren Ausdehnung reicht von der Fassungsanlage bis zu der Linie, von der aus das genutzte Grundwasser 50 Tage im Grundwasserleiter fließt, bevor es über Brunnen zum Wasserwerk gefördert wird (DVGW 2006). Durch die Einhaltung dieser 50-Tage-Richtlinie wird v.a. der Schutz vor mikrobiellen Verunreinigungen angestrebt. Die Aufenthaltszeit des Wassers in der Untergrundpassage kann direkt durch Markierungsversuche ermittelt werden. Da solche Tracer-Untersuchungen zeitlich und technisch aufwändig sind, wurde im Rahmen verschiedener gemeinsamer Forschungsprojekte der Berliner Wasserbetriebe und des Kompetenzzentrums Wasser Berlin geprüft, mit welchen einfachen, kostengünstigen Methoden die Fließzeiten und die Auswirkungen sich ändernder klimatischer Randbedingungen im Betrieb der Grundwasseranreicherung und der Trinkwasserbrunnen überwacht werden können (Sprenger et al. 2016). Dabei wurden unter anderem kontinuierlich messende Temperatur-Druck-Sonden eingesetzt, sowie Geräte zur Quasi-Echtzeitmessung mikrobiologischer Parameter. Parallel wurde für einen Wasserwerksstandort in Berlin ein vereinfachtes numerisches Modell erstellt, mit dem Anreicherungsszenarien in Abhängigkeit der Temperatur des angereicherten Wassers gerechnet und bewertet werden können. Außerdem wurde der Einfluss der Wassertemperatur auf betriebliche Parameter der Oberflächenwasseraufbereitung untersucht. Die Untersuchungen sind ebenfalls Grundlage für risikobasierte Bewertungsansätze für hydraulische und mikrobiologische Parameter und die Ableitung betrieblicher Maßnahmen gegen eine Unterschreitung der 50-Tage-Verweilzeit.