Ziel dieses Projektes ist es, zur Klärung der derzeitigen Verbreitung und Variabilität des toxischen Cyanobakteriums C. raciborskii und des Toxins Cylindrospermopsin (CYN) in Gewässern der Berliner Region beizutragen und eine Grundlage zu schaffen, auf welcher deren weitere Entwicklung und das damit verbundene Risiko für Mensch und Umwelt abgeschätzt werden kann. Die Verbreitung von C. raciborskii und CYN wurde in einem Pre-Screening Programm im Sommer 2004 untersucht. Für 142 Gewässer, die sich hinsichtlich Morphometrie, Trophie und Mixistypus unterscheiden, wurde die Zusammensetzung der Cyanobakterien einmalig qualitativ und semi-quantitativ analysiert sowie der CYN Gehalt des Sestons ermittelt. C. raciborskii wurde in 27,5 % der 142 untersuchten Gewässer nachgewiesen. Ihre relative Häufigkeit wurde überwiegend als vereinzelt (21,1 %) oder häufig (6,3 %) eingeschätzt. Massenentwicklungen der Art traten zum Zeitpunkt der Untersuchung nicht auf. Als typisches Habitat für C. raciborskii wurden flache eutrophe Gewässer mit niedriger Sichttiefe, und geringen Zeu/Zmix Verhältnissen analysiert. Entgegen bisheriger Annahmen ist die Art jedoch nicht auf Flachseen beschränkt, sondern kann auch in tiefen dimiktischen Gewässern Populationen etablieren. Darüber hinaus wurden vier weitere bedeutende Arten ermittelt. Raphidiopsis curvata und R. mediterranea, die in 5 von 142 Gewässern detektiert wurden. Von beiden Arten ist bekannt, dass sie CYN produzieren können. Anabaena bergii wurde vereinzelt bis häufig in 14,1 % der Gewässer nachgewiesen. Für diese Art wurde der gleiche Habitattyp wie für C. raciborskii festgestellt. Aphanizomenon aphanizomenoides wurde vereinzelt bis häufig in 13,4 % der Gewässer nachgewiesen. Bei beiden Arten handelt es sich wie bei C. raciborskii um Neo-Cyanobakterien, die bisher nur aus tropischen bzw. subtropischen Regionen bekannt waren. Beide produzieren toxische Substanzen, die im Fall von A. aphanizomenoides noch nicht näher identifiziert werden konnten. Im Fall von A. bergii handelt es sich bei einem der Toxine um CYN. Zusammenfassend kann für die hier relevanten Arten festgestellt werden, dass sie weiter verbreitet sind als bisher bekannt war. Die Tatsache, dass C. raciborskii bisher in verhältnismäßig wenigen und A. bergii sowie A. aphanizomenoides bisher gar nicht für das Untersuchungsgebiet beschrieben wurden, wird u.a. auf taxonomische Unklarheiten zurückgeführt. Bislang wurden 96 Sestonproben aus 80 Gewässern auf CYN untersucht. In 63 % der Proben, bzw. 61 % der Seen wurde CYN in Konzentrationen zwischen 0,1 und 100 µg/g TG nachgewiesen und ist somit in Deutschland weiter verbreitet als bisher angenommen. Ein erster Vergleich der Cyanobakterienzusammensetzung mit dem CYNVorkommen zeigt, dass CYN in den untersuchten Gewässern nicht nur von C. raciborskii produziert wird, da es auch in Proben gemessen wurde, in denen die Art nicht nachgewiesen wurde. Derzeit werden die beiden oben beschriebenen Arten A. bergi und A. aphanizomenoides als weitere potentielle CYN-Produzenten in Betracht gezogen sowie eine Reihe weiterer Arten der Gattungen Anabaena und Aphanizomenon. Eine entgültige Klärung wird nach Abschluss der chemischen und molekularbiologischen Analysen der isolierten Stämme erwartet.

In Berliner Gewässern wurden hohe AOI-Konzentrationen nachgewiesen, die auf den Eintrag von iodorganischen Röntgenkontrastmitteln (RKM) zurückzuführen sind. RKM werden bei Röntgenuntersuchungen in Krankenhäusern und in niedergelassenen Praxen jeweils zu 50% verabreicht und innerhalb von 24h über den Urin quasi vollständig ausgeschieden. Diese schlecht abbaubaren Stoffe werden in den Kläranlagen nicht eliminiert und gelangen in die Umwelt. Aufgrund des Vorsorgeprinzips und des Minimierungsgebotes für sauberes Trinkwasser bietet es sich an, die RKM an der Quelle zurückzuhalten. Es wurden drei Erfassungskonzepte entwickelt und systematisch bewertet, um den mit RKM belasteten Urin in Krankenhäusern getrennt zu sammeln und zu entsorgen. Diese Machbarkeitsstudie wurde vom April 2004 bis April 2005 vom KompetenzZentrum Wasser Berlin durchgeführt, in Zusammenarbeit mit der GÖK Consulting AG, den Berliner Wasserbetrieben und zwei Berliner Krankenhäusern, die beispielhaft für das Krankenhauswesen in Deutschland stehen: das Universitätsklinikum Charité - Campus Virchow-Klinikum (CVK) und die Maria Heimsuchung Caritas-Klinik Pankow. Das erste Erfassungskonzept ist die zentrale Sammlung in der Radiologie mit einer Trenntoilette in den ersten 4h nach der Röntgenuntersuchung. Jedoch ist dieses Erfassungskonzept mit einem hohen Personalaufwand und entsprechenden Kosten verbunden. Die Wartezeit stellt aufgrund der erforderlichen Räumlichkeiten und der Qualität der Patientenbehandlung ein wesentliches Hindernis dar. Weiterhin ergab die Stoffstromanalyse, dass innerhalb der Punktquelle Krankenhaus eine Vielzahl an Verbrauchs- und somit Emissionsquellen vorhanden sein können. In der Charité-CVK stellt die Radiologie nur ein Drittel des Verbrauchs im Krankenhaus, so dass bei zentraler Erfassung an dieser Stelle nur ein geringer Erfassungsgrad erreicht wird. Die dezentrale Sammlung stellt eine Alternative dar, um den Urin der Patienten 24h nach der Röntgenuntersuchung zu sammeln, in den Stationen mit einer hohen Anzahl an „RKMPatienten“. Ein erstes dezentrales Konzept ist die Sammlung mit einer Trenntoilette, die beispielsweise in dem Stationsbad eingebaut werden kann. Dadurch wird der Behandlungsablauf wenig verändert und der Personalaufwand ist relativ niedrig, jedoch kann nur der Urin der mobilen Patienten gesammelt werden, so dass der Erfassungsgrad niedrig ist. Weiterhin ist die Umsetzung in weiteren Stationen aufgrund der aufwendigen Umbaumaßnahmen schwierig. Alternativ könnte die Sammlung mit mobilen Urinbehältern erfolgen. Bei diesem zweiten dezentralen Erfassungskonzept ist eine Urinsammlung 24h nach der Röntgenuntersuchung vorgesehen, anhand von Urinflaschen bzw. Steckbecken für die bettlägerigen Patienten sowie Sammelurinbehältern für mobile Patienten. Diese Behälter werden dann vom Stationspersonal in grösseren Behältern in den vorhandenen Unreinräumen gesammelt. Die Sammelbehälter werden vom Reinigungsdienst zur externen Entsorgung bereitgestellt. Neben der Urinaufbereitung und den Möglichkeiten der Iodrückgewinnung aus dem mit RKM belasteten Urin, die im Rahmen von Forschungsprojekten bereits untersucht werden, könnten die Iodverbindungen in Sonderabfallverbrennungsanlagen eliminiert werden. Durch das dezentrale Erfassungskonzept mit mobilen Behältern kann eine höhere Iodmenge gesammelt werden, verbunden mit einem geringen Personalaufwand und wenigen organisatorischen Änderungen. Dieses Konzept beruht auf einfachen Sammlungswegen, die bereits in den Krankenhäusern angewendet werden und ohne erheblichen Aufwand in vielen Bereichen umgesetzt werden könnten. Unter den drei entwickelten Erfassungskonzepten, stellt also die dezentrale Sammlung mit mobilen Behältern die einzige praktikable Möglichkeit dar, um eine getrennte Erfassung umfassend umsetzen

The secondary effluent of Berlin's sewage treatment plant Ruhleben was oxidized by dosages of 2.5-22 mg/L ozone and varying operation conditions to remove pharmaceutical compounds and disinfect water in parallel. The majority of analysed neutral and acidic drugs were efficiently removed to the detection limit at ozone consumptions equal to a dosage of < 10 mg/L O3. However, certain compounds like clofibric acid, ketaprofen and traced metabolites required higher dosages of > 10-15 mg/LO3 for complete removal. A series of four iodinated organic contrast media (ICM) persisted the ozone treatment even at high consumption rates. Related to disinfection, the legal requirements (EU bathing water directive) could be fulfilled by a consumption of < 10 mg/L O3. For a combined oxidation by ozone and H2O2 (perozone) higher conversion rates for clofibric acid, naproxen and ketaprofen could be obtained at lower dosage (6 mg/L O3). For two ICM, namely iopamidol and iohexol, this was the case at higher ozone consumption. The removal of adsorbable organic iodine (AOI) > 10% could not be achieved by any treatment. The initial genotoxicity of the secondary effluent was stated by four independent tests. Due to the application of ozone, this genotoxicity was completely removed. The presented results confirm that ozonation can be a suitable advanced wastewater treatment at varying operation conditions to lower effluent concentrations of pharmaceuticals and active micro-organsisms.

In Berlin gibt es nur noch wenige abgelegene kleine Einzugsgebiete (<1%), die nicht an das zentrale Abwassersystem angeschlossen sind. Aber in den neuen EU-Ländern ist der Anteil an der Bevölkerung, die nicht an eine zentrale Abwasserreinigung angeschlossen sind, noch deutlich höher. Besonders in dünn besiedelten Gebieten gibt es immer noch sehr viele Abwassersammelgruben (abflusslos oder mit Versickerung). Für empfindliche Einzugsgebiete (Badeseen, Wassersport, Fremdenverkehr) könnte für die Einleitung von gereinigtem Abwasser eine über die Mindestanforderung in der Abwasserverordnung hinausgehende weitergehende Nährstoffentfernung von der zuständigen Behörde gefordert werden. Das Membranbelebungsverfahren (MBR) könnte eine technische und auch wirtschaftliche Lösung bieten, um eine semi-zentrale Erschließung in Gebieten mit einem sensitiven Vorfluter (Gewässer) zu realisieren. Mittels eines Membranprozesses kann die vollständige Desinfektion und weitgehende biologische Phosphorentfernung bis auf 0.1mgP/L oder niedriger ohne Fällmittel erreicht werden (Gnirss et al., 2003a, Gnirss et al., 2003b). Damit kann der Standard der EU-Richtlinie für Badegewässer direkt im Ablauf der kleinen Kläranlage erreicht werden und die Eutrophierung im Oberflächenge-wässer reduziert werden. Die Umsetzung von MBR-Anlagen in kleinen oder mittleren Einzugsgebieten ist mittels schlüsselfertiger Containereinheiten möglich, wodurch die Investitionskosten gesenkt und die üblichen Unannehmlichkeiten von Kläranlagen wie Geruchs- und Lärmemissionen vermieden werden können. Dieser Artikel stellt die Vorteile und die Kosten der MBRTechnologie für die dezentrale Erschließung eines Siedlungsgebietes im Norden von Berlin vor und vergleicht sie mit dem konventionellen Verfahren. Dabei werden die technischen Grundlagen der Demonstrationsanlage ausführlich erläutert, und die wichtigsten Designkriterien für die MBR-Anlage und das Druckentwässerungsnetz vorgestellt.

Three single-filament isolates of Aphanizomenon flos-aquae from two German lakes were found to produce remarkable amounts of the cyanobacterial epatotoxin cylindrospermopsin (CYN). CYN-synthesis of the strains were evidenced both by LC-MS/MS analysis and detection of PCR products of gene fragments which are implicated in the biosynthesis of the toxin. The strains contain CYN in the range of 2.3–6.6 mg gK1 of cellular dry weight. To our knowledge this is the first report of CYN in A. flos-aquae.

Given the important cost reduction of the membrane bioreactor technology in the last years, this advanced treatment process has now become cost-competitive with other conventional technologies. A cost estimation analysis undertaken with few remaining unsewered and remote areas of Berlin showed that the implementation of semi-central sanitation scheme with a local membrane bioreactor plant would lead to similar costs than the connection to the central sewer, but with a superior effluent quality. For such small systems, some design issues have to be considered in order to optimise the costs and the operation regime, such as plant capacity increase, buffer capacity, process configuration and membrane flux.

Two configurations of membrane bioreactors were identified to achieve enhanced biological phosphorus and nitrogen removal, and assessed over more than two years with two parallel pilot plants of 2m³ each. Both configurations included an anaerobic zone a head of the biological reactor, and differed by the position of the anoxic zone: standard pre-denitrification, or postdenitrification without dosing of carbon source. Both configurations achieved improved phosphorus removal. The goal of 50mgP/L in the effluent could be consistently achieved with two types of municipal waste water, the second site requiring a low dose of ferric salt ferric salt < 3mgFe/L. The full potential of biological phosphorus removal could be demonstrated during phosphate spiking trials, where up to 1mg of phosphorus was biologically eliminated for 10mg BOD5 in the influent. The postdenitrification configuration enabled a very good elimination of nitrogen. Daily nitrate concentration a slow as 1mg N/L could be monitored in the effluent in some periods. The denitrification rates, greater than those expected for endogenous denitrification, could be accounted for by the use of the glycogene pool, internally stored by the denitrifying microorganisms in the anaerobic zone. Pharmaceuticals residues and steroids were regularly monitored on the two parallel MBR pilot plants during the length of the trials, and compared with the performance of the Berlin-Ruhleben WWTP. Although some compounds such as carbamazepine were persistent through all the systems, most of the compounds could be better removed by the MBR plants. The influence of temperature, sludge age and compound concentration could be shown, as well as the significance of biological mechanisms in the removal of trace organic compounds.

A modelling study was carried out to provide a process-based quantitative interpretation of the biogeochemical changes that were observed during an ASR experiment in which reclaimed water was injected into a limestone aquifer at a field-site near Bolivar, South Australia. A site-specific conceptual model for the interacting hydrodynamic and biogeochemical processes that occur during reclaimed water ASR was developed and incorporated into an existing reactive multi-component transport model. The major reactive processes considered in the model were microbially mediated redox reactions, driven by the mineralisation of organic carbon, mineral precipitation/ dissolution and ion exchange. The study showed that the geochemical changes observed in the vicinity of the ASR well could only be adequately described by a model that explicitly considers microbial growth and decay processes, while an alternative, simpler model formulation based on the assumption of steady state biomass concentration failed to reproduce the observed hydrochemical changes. However, both, the simpler and the more complex model approach were able to reproduce the geochemical changes further away from the injection/extraction well. These changes were interpretated as a result of the combined effect of ion exchange, calcite dissolution and mineralisation of dissolved organic carbon.

This paper presents the results on the occurrence and fate of antibiotic residues during bankfiltration obtained from a study carried out in terms of an interdisciplinary project at three transects in Berlin, Germany. Six antibiotic compounds and two metabolites were detected at ng/L concentrations in water samples from the lakes or in the monitoring wells of the transects. Clarithromycin, roxithromycin (macrolide), trimethoprim (synergist for sulfonamides) and acetyl-sulfamethoxazole (metabolite) are efficiently removed by bank filtration. Residues of clindamycin (lincosamid) and dehydro-erythromycin (metabolite) were completely attenuated during the soil passage. For sulfamethoxazole (sulfonamide), a significant but not complete removal during bank filtration was observed. It was the only compound that could be detected at tracelevels in samples collected from water-supply wells.

Managed aquifer recharge is an increasingly popular technique to secure and enhance water supplies. Among a range of recharging techniques, single-well aquifer storage and recovery (ASR) is becoming a common option to either augment drinking water supplies or facilitate reuse of reclaimed water. For the present study a conceptual biogeochemical model for reclaimed water ASR was developed and incorporated into an existing reactive multicomponent transport model. The conceptual and numerical model for carbon cycling includes various forms of organic and inorganic carbon and several reactive processes that transfer carbon within and across different phases. The major geochemical processes considered in the model were microbially mediated redox reactions, driven by the mineralization of organic carbon, mineral dissolution/ precipitation, and ion exchange. The numerical model was tested and applied for the analysis of observed data collected during an ASR field experiment at Bolivar, South Australia. The model simulation of this experiment provides a consistent interpretation of the observed hydrochemical changes. The results suggest that during the storage phase, dynamic changes in bacterial mass have a significant influence on the local geochemistry in the vicinity of the injection/extraction well. Farther away from the injection/extraction well, breakthrough of cations is shown to be strongly affected by exchange reactions and, in the case of calcium, by calcite dissolution.