Urban wet-weather discharges from combined sewer overflows (CSO) and stormwater outlets (SWO) are a potential pathway for micropollutants (trace contaminants) to surface waters, posing a threat to the environment and possible water reuse applications. Despite large efforts to monitor micropollutants in the last decade, the gained information is still limited and scattered. In a metastudy we performed a data-driven analysis of measurements collected at 77 sites (683 events, 297 detected micropollutants) over the last decade to investigate which micropollutants are most relevant in terms of 1) occurrence and 2) potential risk for the aquatic environment, 3) estimate the minimum number of data to be collected in monitoring studies to reliably obtain concentration estimates, and 4) provide recommendations for future monitoring campaigns. We highlight micropollutants to be prioritized due to their high occurrence and critical concentration levels compared to environmental quality standards. These top-listed micropollutants include contaminants from all chemical classes (pesticides, heavy metals, polycyclic aromatic hydrocarbons, personal care products, pharmaceuticals, and industrial and household chemicals). Analysis of over 30,000 event mean concentrations shows a large fraction of measurements (> 50%) were below the limit of quantification, stressing the need for reliable, standard monitoring procedures. High variability was observed among events and sites, with differences between micropollutant classes. The number of events required for a reliable estimate of site mean concentrations (error bandwidth of 1 around the “true" value) depends on the individual micropollutant. The median minimum number of events is 7 for CSO (2 to 31, 80%-interquantile) and 6 for SWO (1 to 25 events, 80%-interquantile). Our analysis indicates the minimum number of sites needed to assess global pollution levels and our data collection and analysis can be used to estimate the required number of sites for an urban catchment. Our data-driven analysis demonstrates how future wet-weather monitoring programs will be more effective if the consequences of high variability inherent in urban wet-weather discharges are considered.

Durch eine mehrstufige Behandlung von Biomasse unter Luftabschluss, kommt es in Biogasanlagen zur Produktion von Biogas. Als Nebenprodukt entstehen dabei ebenso Biogasgärreste, welche durch die stoffliche Zusammensetzung hochwertiges Düngemittel darstellen. Eine verbesserte Gärrestenutzung kann zur Steigerung des Nährstoffmanagements führen. Der wichtigste Nährstoff für Nutzpflanzen ist Stickstoff. Deshalb macht es Sinn Ammoniumstickstoff aus Abwässern, Gülle und anderen Gärresten zurückzugewinnen. Eine Möglichkeit ist die sogenannte AmmoniakStrippung. In der Nachbehandlung wird Ammoniumstickstoff in einem Gaswäscher erneut aufkonzentriert und somit das Ammoniak in wieder verwertbarer Form zurückgewonnen. Um die Inbetriebnahme eines Gaswäschers zu realisieren, wurde ein Messprogramm erstellt. Durch sieben Versuchsreihen und einer Variation von Stellparametern wurden zunächst die Eliminationsraten in einer Stripp-Kolonne betrachtet. Des Weiteren wurde die Anreicherung im Gegenstromverfahren durch absorptive Prozesse von Ammoniumstickstoff und Kohlenstoffdioxid in einem Gaswäscher bilanziert und durch Gegenüberstellung der Verfahren Auswertungen hinsichtlich der quantitativen Rückgewinnung erzielt. Außerdem wurde als Optimierungsoption eine theoretische Kolonnenauslegung betrachtet. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Bestimmung der Füllkörperhöhe und des nassen Druckverlusts. Weiterhin wurden auf Basis dieser Ergebnisse Untersuchungen zu unterschiedlichen Füllkörpermaterialien durchgeführt.

Die Simulationsergebnisse mit SIMBA# zeigten, dass mit den neu entwickelten ammoniumbasierten Regelungen und dem Air-Cycling-Konzept für MBR die Belüftung bzw. den Energieverbrauch deutlich reduziert werden konnte.An der Pilotanlage wurde demonstriert, dass mit den optimierten MSR-Konzepten stabile Ablaufwerte von CSB und Stickstoff erzielt werden können, welche mit großen Energieeinsparungen verbunden sind. Getestet wurden die ammoniumbasierten Regelungen und das Air-Cycling. Aber auch angepasste alternative MSR-Konzepte zur Optimierung der Schlammrezirkulation auf Basis der Nitratkonzentration im Ablauf und der Redoxpotential-basierten Regelung für die Belüftung der Nitrifikation wurden optimiert und getestet. Auch hier konnten sehr gute Ablaufergebnisse erzielt werden in Verbindung mit Energieeinsparungen. Allerdings wurde auch festgestellt, dass die verwendete ionenselektive Elektrode für die kontinuierliche Messung von Ammonium im Ablauf im niedrigen Messbereich (1-2 mg/L NH4-N) keine zuverlässigen Daten für eine Steuerung liefern kann.Im Rahmen des Projektes wurde auch ein neues Vorhersagemodell für Membranfouling entwickelt, um das Fouling 7 bis 14 Tage im Voraus zuverlässig vorherzusagen. Das Modell wurde dabei sowohl mit den historischen Betriebsdaten validiert und auch in der Praxis an der Pilotanlage getestet und bestätigt. Zusätzlich wurde ein Entscheidungsunterstützungs-system erarbeitet, welche die Fehlersuche und Wartung deutlich erleichtert.

Um die Trennleistung einer Vakuumentgasungsanlage zu optimieren, wurde mit dem Einsatz von Füllkörpern der Ammoniumstickstoffanteil von separiertem Gärrest im Gegenstromverfahren mit Strippluft abgereichert. Drei Füllkörperarten unterschiedlicher Hersteller wurden bei gleichen Betriebsbedingungen untersucht. Die Effizienz konnte so bei einer stabilen Prozessführung gesteigert werden. Außerdem wurde eine theoretische Kolonnenauslegung durchgeführt, die die Bestimmung der Füllkörperhöhe und des nassen Druckverlusts umfasste. Aus diesen Ergebnissen lassen sich Vorhersagen hinsichtlich der Ausgangskonzentrationen von Ammoniumstickstoff prognostizieren. Aus den Experimenten und der theoretischen Kolonnenauslegung konnte eine optimierte Anlagenkonfiguration abgeleitet werden.

Technical nitrogen (N) recovery from biogas digestate via vacuum degasification (VD) of ammonia is an important task with regards to environmental issues and economic reasons. There has not yet been much research on VD, but compared to conventional stripping methods energy costs might be reduced. In the frame of the EU project ”Circular Agronomics” a VD pilot plant for N recovery from biogas digestate was built. This study aims on optimizing the pilot plant with special regards to the scrubber, where the N fertilizer is formed. The plant was operated at 310 mbar absolute pressure, 150 L · h−1 recirculation rate and 35 kg total water mass. Two different conditions were examined: condition 1) 70◦C, gas to liquid ratio (G/L) 20:1, pH 9 and condition 2) 50◦C, G/L 33:1, pH 10. A total ammonium nitrogen (TAN) elimination of 93% for condition 1 and 73% for condition 2 was achieved. Conducting the experiments a high amount of water was evaporated (25% for condition 1 and 5% for condition 2). The high water evaporation leads to a low TAN/water ratio in the gas stream of 0.4−1.2 (condition 1) and 1.6−2.8 mol · L−1 (condition 2) respectively. A low TAN/water ratio is disadvantageous, as it results in a dilution of the N fertilizer, that is being formed in the subsequent scrubber. Besides, it was found, that the plant loses high amounts of energy in form of latent heat due to water evaporation and requires more favorable energy recovery.