In 2015, the town of El Port de la Selva in Spain implemented soil-aquifer treatment (SAT) using tertiary treated wastewater effluents to replenish the local potable aquifer. This study evaluated the initial phase of this indirect potable water reuse system including a characterization of hydraulic conditions in the aquifer and monitoring of microbial contaminants and 151 chemicals of emerging concern (CECs). The combined treatment resulted in very low abundances of indicator bacteria, enteric viruses and phages in the monitoring wells after three days of infiltration and a reduction of antibiotic microbial resistance to background levels of local groundwater. After tertiary treatment, 94 CECs were detected in the infiltration basin of which 15 chemicals exceeded drinking water thresholds or health-based monitoring trigger levels. Although SAT provided an effective barrier for many chemicals, 5 CECs were detected above health-based threshold levels in monitoring wells after short hydraulic retention times. However, additional attenuation is expected due to dilution prior to abstraction via downstream drinking water wells and during granular activated carbon (GAC) filtration, which was recently installed to mitigate residual CECs. Overall, the results demonstrate that indirect potable water reuse can be a reliable option for smaller communities, if related risks from microbial and chemical contaminants are adequately addressed by tertiary treatment and subsequent SAT, providing sufficient hydraulic retention times for pathogen decay and CEC removal.
German: In den vergangenen Jahren hat sich die Datenlage zum Zustand der Abwasserkanalisation und zur Wirkung unterschiedlicher Sanierungsverfahren stetig verbessert. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden durch das Kompetenzzentrum Wasser Berlin und die Berliner Wasserbetriebe Prognosemodelle zur Bewertung unterschiedlicher Sanierungsszenarien sowie zur Lokalisierung schadhafter Kanäle entwickelt. Die vorliegende Studie zeigt den Weg von Bestands- und Zustandsdaten des Kanalnetzes zu einem an die lokalen Randbedingungen angepassten Simulationswerkzeug für die strategische Kanalsanierungsplanung. Dabei werden Methoden zur modellgestützten Ergänzung von Datenlücken sowie die entwickelten Modellkomponenten für Kanalalterung und -sanierung vorgestellt. Darüber hinaus werden Ergebnisse ausgewählter Sanierungsszenarien und die wichtigsten Prognoseunsicherheiten diskutiert. Der entwickelte Ansatz unterstützt die Kanalsanierungs- und Investitionsplanung von Kommunen und hilft, den Zustand der Abwasserinfrastruktur langfristig zu erhalten oder zu verbessern.
Die Rückgewinnung von Cellulose mit dem Cellvation-Prozess verbessert die Umweltbilanz einer Kläranlage (KA) und senkt ihren Ausstoß an Treibhausgasen um 15 %. Dies wird vor allem durch betriebliche Vorteile auf der KA wie Senkung des Stromverbrauchs für die Belüftung und weniger Überschussschlammproduktion erreicht. Darüber hinaus kann die rückgewonnene Cellulose (Recell*) als Strukturmaterial andere Rohstoffe in bestimmten Produktionsprozessen ersetzen. Im EU-Projekt SMART-Plant konnte neben der zuverlässigen Leistung des Cellvation-Prozesses auch der Umweltvorteil erfolgreich demonstriert werden.
Thermal alkaline pretreatment (TAP) of waste activate sludge (WAS) was carried out in pilot-scale over a year to investigate its seasonal effects on anaerobic digestion and its impact on dewaterability, sludge liquor quality and formation of soluble refractory COD (sCODref). Temperature of TAP was set at 65–70 °C and pH was increased by initial dosing of sodium hydroxide [NaOH] (50% w/w, 1–2.5 mL/L sludge) as alkali agent following 2–2.5 h reaction time. Pilot digesters were fed with primary sludge (PS) and hydrolyzed WAS (HWAS) and compared to a reference digester fed with PS and untreated WAS. Biogas yield increase due to TAP of WAS showed a sinusoidal trend throughout the year with maximum in summer (+42%), minimum in winter (+3%) and average of +20%, indicating a strong seasonal effect on TAP efficiency. Ammonium [NH4+-N], orthophosphate [PO43--P] and sulphate [SO42-] in sludge liquor increased by 34.6%, 17.0% and 21.6% with TAP, respectively. Centrifugation tests showed no significant difference in dewaterability of both digestates with respect to total solids of sludge cake. Normalized capillary suction time of digestate increased due to TAP, indicating a lower capability for water release. Furthermore, detected sCODref after batch aerobic biodegradation tests showed an increase of 30.3% with TAP. Hence, implementation of TAP of WAS in full-scale will potentially lead to an increase of 0.8–1.1 mg/L of sCODref in effluent of six wastewater treatment plants (WWTP) in Berlin. In conclusion, TAP of WAS leads to increase in biogas production with a slighter negative impact on effluent COD quality than high-temperature thermal hydrolysis.
Probabilistic quantitative microbial risk assessment (QMRA) studies define model inputs as random variables and use Monte-Carlo simulation to generate distributions of potential risk outcomes. If local information on important QMRA model inputs is missing, it is widely accepted to justify assumptions about these model inputs by using external literature information. A question, which remains unexplored, is the extent to which previously published external information should influence local estimates in cases of nonexistent, scarce, and moderate local data. This question can be addressed by employing Bayesian hierarchical modeling (BHM). Thus, we study the effects and potential benefits of BHM on risk and performance target calculations at three wastewater treatment plants (WWTP) in comparison to alternative statistical modeling approaches (separate modeling, no-pooling, complete pooling). The treated wastewater from the WWTPs is used for restricted irrigation, potable reuse, or influences recreational waters, respectively. We quantify the extent to which external data affects local risk estimations in each case depending on the statistical modeling approach applied. Modeling approaches are compared by calculating the pointwise expected log-predictive density for each model. As reference pathogens and example data, we use locally collected Norovirus genogroup II data with varying sample sizes (n = 4, n = 7, n = 27), and complement local information with external information from 44 other WWTPs (n = 307). Results indicate that BHM shows the highest predictive accuracy and improves estimates by reducing parameter uncertainty when data are scarce. In such situations, it may affect risk and performance target calculations by orders of magnitude in comparison to using local data alone. Furthermore, it allows making generalizable inferences about new WWTPs, while providing the necessary flexibility to adjust for different levels of information contained in the local data. Applying this flexible technique more widely may contribute to improving methods and the evidence base for decision-making in future QMRA studies.
Die energetischen Potenziale in kommunalen Kläranlagen werden nur unzureichend ausgeschöpft und bleiben in Klimaschutzmaßnahmen häufig unberücksichtigt. Kläranlagen gehören jedoch zu den größten kommunalen Stromverbrauchern und haben dadurch einen signifikanten CO2-Fußabdruck. Im Vorhaben REEF 2W, das von der EU im Rahmen des Programms INTERREG 2 gefördert wird, wird mit Blick auf öffentliche Infrastrukturen von Städten und Gemeinden ein Entscheidungstool zur strategischen Planung entwickelt. In diesem Tool können neue Technologien in die bestehende Anlagensituation integriert werden, um eine höhere Energieeffizienz und eine Verbesserung der Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen zu erzielen. Dies soll durch Kombination und Integration der Sektoren Abfall- und Abwasserbehandlung erreicht werden. Das Projekt untersucht im Rahmen der Toolentwicklung die Ressourcenströme und notwendigen technischen Infrastrukturen. Ein Kernstück bildet dabei die Co-Fermentation von Klärschlamm und Bioabfall während deFaulungsprozesses, wodurch sich die Wärme- und Energieerträge (Strom oder Gas) beträchtlich steigern lassen können. Daneben werden neue Wege zur Nutzung des anfallenden Faulgases aufgezeigt, z. B. Gasaufbereitung und Einspeisung ins Gasnetz sowie Power-to-Gas Technologie. Ziel des Excel-basierten Entscheidungstools ist es letztlich, verschiedene innovative Technologiekombinationen energetisch, wirtschaftlich und ökologisch mit dem aktuellen Status zu vergleichen.