Against the background of resource conservation, many recycled products have been developed in context of phosphorus recovery. Due to their properties some of them can be used directly as fertilizers. Phosphorus is subject to complex sorption and precipitation processes in the soil, which have a significant influence on solubility and plant availability. Therefore, in this work comparative studies on the fixation of phosphorus of recycled and conventional fertilizers in soil and experiments on solution equilibrium and solution kinetics were carried out. For the investigation of the solution equilibrium and the solution kinetics, batch and pH-stat experiments were conducted. The determined concentrations and pH values were compared with model simulations in Visual MINTEQ. To investigate the fixation of phosphorus in the soil, 8-week incubation experiments were carried out, in which soils of different properties were mixed with a respective fertilizer per batch. For the experiments two struvite products (Crystal Green and Berliner Pflanze), a thermally processed ash (Ash Dec), a rock phosphate (Dolophos 26) and the conventional fertilizers TSP and DAP were selected. Solution equilibrium of all fertilizers in water was achieved after seven days of shaking. Conventional fertilizers showed significantly higher P solubilities in water than recycled fertilizers. Because there was a very high level of agreement with the Visual MINTEQ model simulations, the software is a good tool for first orientation of the dissolution behavior of different P fertilizer products. In terms of solution kinetics, the lowest half-life was observed for struvite, with an average of 9.5 minutes. While the half-life of Dolophos increased from pH 5 to 7, no pH dependence was observed in the dissolution kinetics of the recycled fertilizers. In the incubation experiment, a higher decrease in plant-available phosphorus with conventional fertilizers tended to be observed toward the end of the experiment. Although this could be an indication of increased fixation in soil, this cannot be attributed only to chemical sorption and precipitation processes due to the increased microbial activity. Therefore, under these experimental conditions no clear statements can be made on the fixation of phosphorus of conventional and recycled P-fertilizers in the soil. Further investigations are required here.

Im Projekt E-VENT wurden innovative Verfahren der kommunalen Abwasserreinigung und Klärschlammbehandlung untersucht, um damit den Energieverbrauch von Klärwerken und die damit verbundenen Emissionen von Treibhausgasen (THG) zu senken. Nach einem Screening verschiedener Technologien wurden dazu Labor- und Pilotversuche zur thermischen Hydrolyse von Klärschlamm und zur Abwasserbehandlung mit granuliertem Belebtschlamm im Nereda®Verfahren durchgeführt. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wurden für ein Berliner Klärwerk verschiedene Varianten für einen zukünftigen Neubau modelliert und bewertet, um das Potential der innovativen Verfahren zur Senkung von THG-Emissionen unter den spezifischen Randbedingungen in Berlin abzuschätzen. Abschließend wurden auch die Investitions- und Betriebskosten der neuen Verfahren mit einer konventionellen Referenzvariante verglichen. Die Versuche zur thermischen Hydrolyse zeigen, dass der Faulgasertrag aus dem Klärschlamm damit deutlich erhöht werden kann (bis zu +26%). Gleichzeitig erhöht sich aber auch die Rückbelastung des Faulschlammzentrats mit Phosphor, Stickstoff und refraktären organischen Stoffen. Neben dem erhöhten Aufwand zur Behandlung des Zentrats kann vor allem der refraktäre organische Anteil die Ablaufqualität der Klärwerke deutlich verschlechtern, besonders bei Thermo-Druck-Hydrolyse. Bei thermo-alkalischer Hydrolyse konnte im Pilotversuch ein Mehrgasertrag von +19% im Jahresmittel sowie eine moderate Belastung des entstehenden Zentrats gezeigt werden, das die Ablaufwerte des Klärwerks nicht signifikant verschlechtert. Im Pilotversuch zum Nereda®-Verfahren wurde ein stabiler Betrieb mit granuliertem Belebtschlamm erreicht, der eine gute biologische Reinigungsleistung für Phosphor und Stickstoff zeigte. Die hohen Anforderungen an die Ablaufwerte konnten jedoch nicht zuverlässig erreicht werden. Wie auch im konventionellen Belebtschlammverfahren ist dabei die Verfügbarkeit von Kohlenstoff (CSB/N-Verhältnis) ein möglicher limitierender Faktor für die biologischen Prozesse und die erreichbare Ablaufqualität. Darüber hinaus wurde ein erhöhter Anteil von Feststoffen im Ablauf des Nereda®-Verfahrens festgestellt, der zur Erreichung der vorgegebenen Zielwerte eine Nachreinigung über Filtration erforderlich macht. Vor einer großtechnischen Umsetzung sind daher weitere Untersuchungen in größerem Maßstab notwendig, um die zuverlässige Einhaltung der geforderten Überwachungswerte zu prüfen. Die Messung von Lachgas ergab relativ hohe Emissionsfaktoren dieses starken THG für die Nereda®-Pilotanlage. Die Bewertung der Verfahren für einen zukünftigen Neubau des Klärwerks Stahnsdorf zeigen, dass die innovativen Verfahren die Energiebilanz gegenüber einer konventionellen Referenz weiter verbessern können. Dabei werden die möglichen Vorteile einer thermo-alkalischen Hydrolyse im Faulgasertrag durch den Mehraufwand auf dem Klärwerk und auch durch geringere Energierückgewinnung in der Klärschlammentsorgung im Modell ausgeglichen. Beim Nereda®Verfahren sinkt der Verbrauch an Strom und Fällmitteln und verbessert so die Energiebilanz und senkt die damit verbundenen Emission von Treibhausgasen. Dabei ist zu beachten, dass wichtige Eingangsdaten weiter validiert werden sollten, um zu einer abschließenden Bewertung dieser Verfahren zu kommen. Die Schätzung der Investitions- und Betriebskosten ergab, dass die innovativen Verfahren Kostenvorteile bieten können. Insgesamt zeigte das Projekt, dass die hier untersuchten innovativen Verfahren ein Potential zur Senkung der THG-Emissionen der Abwasserreinigung bieten. Für den betrachteten Neubau des Klärwerk Stahnsdorf konnten dieser THG-Fußabdruck um bis zu 72% gesenkt werden, was einer Einsparung von 3700 Tonnen CO2Äquivalenten entspricht. Bei einer zukünftigen Einführung solcher innovativen Verfahren ist jedoch immer die zuverlässige Einhaltung der vorgegebenen Ablaufwerte als Primärziel der Abwasserreinigung zu garantieren und dafür in großtechnischem Maßstab zu überprüfen.

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.

The main aim of this study was a survey of micropollutants in stormwater runoff of Berlin (Germany) and its dependence on land-use types. In a one-year monitoring program, event mean concentrations were measured for a set of 106 parameters, including 85 organic micropollutants (e.g., flame retardants, phthalates, pesticides/biocides, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH)), heavy metals and standard parameters. Monitoring points were selected in five catchments of different urban land-use types, and at one urban river. We detected 77 of the 106 parameters at least once in stormwater runoff of the investigated catchment types. On average, stormwater runoff con-tained a mix of 24 µg L-1 organic micropollutants and 1.3 mg L-1 heavy metals. For organic micropol-lutants, concentrations were highest in all catchments for the plasticizer diisodecyl phthalate. Concentrations of all but five parameters showed significant differences among the five land-use types. While major roads were the dominant source of traffic-related substances such as PAH, each of the other land-use types showed the highest concentrations for some substances (e.g., flame retardants in commercial area, pesticides in catchment dominated by one family homes). Comparison with environmental quality standards (EQS) for surface waters shows that 13 micropollutants in storm-water runoff and 8 micropollutants in the receiving river exceeded German quality standards for receiving surface waters during storm events, highlighting the relevance of stormwater inputs for urban surface waters. © 2021 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland.

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.

This document contains the synergies and common activities of five H2020 projects that started in the summer of 2019: The five projects are digital-water.city, Score Water, Fiware4Water, Naiades and aqua3S. The first four were funded by the SC5-11-2018 call and the latter by the H2020-SU-SEC-2018-DRS-03. All these five projects have a common theme: Digital Water, with a variety of case studies and approaches, but also with several similarities in challenges, scope and goals.
Following a suggestion by EASME that supervises the SC5-11-2018 projects, the synergies and clustering activities were included in the Grant Agreement of each project, resulting in the contractual obligation to report about them in a common deliverable (this document). Thus a Synergy group was born: DigitalWater2020 (DW2020).

DW2020 is organised along four thematic areas/task forces:

Task Force 1: Ontologies,

Task Force 2: Sensors demonstration,

Task Force 3: Business models and

Task Force 4: Communication,

each with its own task force leader.

Additionally a fifth task force (Task Force 0: Management) has been created, to coordinate the efforts and activities overall.
This document is the first DW2020 report, in common for all the projects, describing their synergies and cooperation, which started early in 2020 and is scheduled to continue until the end of the projects (and hopefully beyond). It contains a brief presentation of each project, details about the structure and activities of each Task Force, as well the planned events for 2020-21 and the next steps. So far the synergies and cooperation among these five projects has been very successful. It gave to all the chance to interact, to exchange knowledge, to cooperate for specific challenges and to help each other. We are already discussing future steps that will lead to DW2020 being “alive” after the end of the five projects.

Thermal hydrolysis (TH) increases the anaerobic biodegradability of waste activated sludge (WAS), but also refractory organic and nutrient return load to a wastewater treatment plant (WWTP). This could lead to an increase in effluent chemical oxygen demand (COD) of the WWTP. The aim of this study was to investigate the trade-off between increase in biogas production through TH and anaerobic digestion and increase in refractory COD in dewatered sludge liquors at different temperatures of TH in lab-scale. WAS was thermally hydrolyzed in temperature range of 130e170 C for 30 min to determine its biomethane potential (BMP). After BMP test, sludge was dewatered and sludge liquor was aerated in Zahn-Wellens test to determine its non-biodegradable soluble COD known as refractory soluble COD (sCODref). With increasing temperature in the range of 130e170 C, BMP of WAS increased by 17e27%, while sCODref increased by 3.9e8.4%. Dewaterability was also enhanced through relative increase in cake solids by 12 e30%. A conversion factor was defined through mass balance to relate sCODref to volatile solids of raw WAS. Based on the conversion factor, expected increase in effluent CODs of six WWTPs in Berlin were predicted to be in the range of 2e15 mg/L after implementation of TH at different temperatures. It was concluded that with a slight decrease in temperature, formation of sCODref could be significantly reduced, while still benefiting from a substantial increase in biogas production and dewaterability improvement.

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.