Swimming in urban surface waters is still an exception in European cities. At the same time there are numerous initiatives trying to achieve a quality of urban surface waters that allows recreational activities including swimming. In order to manage bathing waters properly the EU Bathing Water Directive (2006/7/EC) demands the elaboration of bathing water profiles in which sources of pollution have to be assessed. In order to investigate the relevance of stormwater as a source of microbial contamination as well as the influence of catchment characteristics on the faecal loading, E.Coli, intestinal Enterococci and colony counts have been measured in event related stormwater samples of three different catchment areas in Berlin. The catchment areas were chosen to be as homogeneous as possible representing catchments of old housing buildings (OLD), new housing buildings (NEW), and commercial areas (COM). N-Formylaminoantipyrine (FAA) was measured as a tracer for raw wastewater. Results showed elevated concentrations (1-2 log units) of faecal indicator organisms (FIO) in catchment OLD (104-105 in comparison to 103 cfu/100mL) suggesting illicit connections of wastewater discharges to rainwater drains, which is supported by elevated concentrations of FAA in the same catchment type. This underlines the relevance of these illicit connections as a source of hygienic contamination, which has to be considered when planning urban bathing water activities.

Untreated stormwater runoff can be an important source of pollutants affecting urban surface waters. To investigate the relevance of micropollutants in urban stormwater runoff for the city of Berlin, an event-based, one-year monitoring program for sampling of separate storm sewers was conducted. Monitoring points were selected in five homogeneous catchments of different urban structure types to consider catchment-specific differences. Volume proportional samples (one composite sample per event) were analysed for a comprehensive set of ~100 micropollutants determined from literature review (e.g. plasticisers [phthalates], biocides/pesticides, flame retardants [organophosphates, polybrominated diphenylethers], PAH, heavy metals) as well as standard parameters (TSS, total P, phosphate, ammonium, COD, BOD). For selected storm events, time resolved samples were analysed to investigate the concentration dynamics and evaluate first flush characteristics. Results of event mean concentrations show catchment-specific differences for the majority of detected micropollutants. Furthermore, results of time-resolved samples indicate that most parameters do not show clear first flush effects with concentrations of several micropollutants even remaining constant during the course of the storm event (e.g. mecoprop, carbendazim, TBEP).

Im Rahmen einer etwa zweijährigen Studie wurde für Berlin erstmals das Ausmaß der Belastung von Regenabfluss mit Spurenstoffen durch ein einjähriges Monitoringprogramm in Einzugsgebieten unterschiedlicher Stadtstrukturtypen (Altbau, Neubau, Gewerbe, Einfamilienhäuser, Straßen) untersucht. Insgesamt wurden über 90 volumenproportionale Mischproben auf etwa 100 Spurenstoffe analysiert (z.B. Phthalate, Pestizide/Biozide, Flammschutzmittel, PAK, Schwermetalle), von denen ein Großteil (>70) detektiert wurde. Die höchsten Konzentrationen an organischen Spuren- stoffen wurden für Phthalate gefunden (DIDP+DINP: Ø 12 µg/L), während Schwermetalle von Zink dominiert wurden (Ø 950 µg/L). Für die Mehrzahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. In einem Fließgewässer genommene Proben zeigen, dass für einige Substanzen (z.B. DEHP, Carbendazim, einige PAK) Umweltqualitätsnormen im Gewässer bei Regen überschritten werden können. Eine Hochrechnung der über das Regenwasser in die Gewässer gelangenden Spurenstofffrachten für Gesamt-Berlin hat ergeben, dass Frachten regenwasserbürtiger Spurenstoffe in der gleichen Größenordnung wie schmutzwasserbürtige Spurenstoffe liegen können.

Subsurface travel time from the area of recharge to the abstraction during Managed Aquifer Recharge (MAR) is a critical parameter to ensure sufficient attenuation for hygienic parameters and other undesired substances. This study investigates seasonal temperature fluctuations observed in recharge water and MAR wells as a proxy for cheap and reliable travel time control at a basin infiltration site in Berlin-Spandau (Germany). Based on a time series from seven years of manual measurements, temperature fluctuations observed in infiltration basins and abstraction wells were fitted to sinusoidal functions. Peak values represented as local maxima and local minima from the fitted curves were used for the approximation of travel times between infiltration basin and abstraction wells. Uncertainty was assessed by Monte Carlo simulation of fitted curves based on standard deviation (2s) from residuals. The calculated error propagation from 2s in infiltration basin and 2s in wells range from 7 to 19 days. This study indicates that travel time approximation based on biased manual measurements of temperature is associated with high uncertainty. Nevertheless, the water temperature method for estimating subsurface travel times shows encouraging results and if temperature can be accurately determined, this method can be readily applied at other sites with similar characteristics.

Ozonation is known as a suitable technical process to eliminate trace organic compounds (TrOC) in secondary effluent. To decide if ozonation is a suitable option as an upgrade of a specific wastewater treatment plant (WWTP), ozonation experiments in laboratory-scale can help to avoid the operation of expensive and labour intensive pilot plants. Such laboratory experiments should be conducted at similar conditions and by the same methods in order to achieve a better comparability of the results. In this study, potential impacts of sample dilution due to the addition of an ozone stock solution, water temperature, and concentration of suspended solids (TSS) on TrOC elimination and UVA254 reduction (delta UVA254) were investigated. The results show that a change in water temperature within a range of 10 to 30°C and sample dilution of less than 20% due to the addition of ozone stock solution at batch ozonation, respectively, does neither have a significant impact on achieved TrOC elimination nor or delta UVA254. Suspended solids affected the TrOC elimination and delta UVA254 at TSS concentrations of more than 30 mg/L, whereas at low TSS concentrations (< 4 mg/L), the impact of TSS was found to be neglectable.

Objective of this synthesis report is to summarise the main achievements of the OPTIWELLS-2 project. Based on a preparatory phase OPTIWELLS-1 (2011-2012), the main project phase OPTIWELLS-2 (2012-2015) included the development of two different optimisation modelling methodologies (data-driven, process-driven) for minimising a well field’s specific energy demand whilst satisfying both, water demand and water quality constraints. Chapter 2 gives a short overview on the technical background on pipe hydraulics and the general methodology used within the project. The general workflow of the testing and application for the three case study well fields investigated within OPTIWELLS-2 is summarised in Chapter 3. For the first two case studies (Chapter Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. and Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.), a process-driven modelling approach was used, which enabled the assessment of three different management strategies (smart well field management, pump renewal or a combination of both) on the specific energy demand. This approach was more time and data-demanding (Chapter 2.5) compared to the data-driven approach used for the third case study (Chapter Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.). The cross-case analysis (Chapter 4) showed, that the energetic prediction accuracy of process-driven modelling (Chapter 4.1.3) was improved significantly by using pump characteristics derived from audits instead of relying on manufacturer data, whilst including steady-state well drawdown compared to assuming a static water level in the production well was much less important. This can be explained by the fact, that well drawdown contributed to less than 3% of the required pump head (Chapter 4.1.1), whilst the offset between audit and manufacturer pump characteristics is much more relevant because of pump ageing during long usage periods (up to 40 years). The data-based modelling approach used for Site C has yielded energy consumption forecasts with a similar accuracy, but is more robust as it relies on operational data, thus requiring no calibration.

Organische Spurenstoffe, wie Pharmazeutikrückstände, werden durch die konventionellen Reinigungsschritte der kommunalen Kläranlagen nur unzureichend entfernt und können in die aquatische Umwelt sowie ins Trinkwasser gelangen. Ozon stellt eine Möglichkeit zur Elimination dieser Spurenstoffen aus Kläranlagenabläufen dar. Dabei werden Wasserinhaltsstoffe direkt durch Ozon und indirekt über °OH-Radikale oxidiert und transformiert. Für die Ausstattung einer Kläranlage mit einer Ozonanlage erfolgt oft eine aufwändige und langwierige Pilotierung. Daher ist eine Testmethode im Labormaßstab von Nöten, anhand derer Auslegungsparameter für die Dimensionierung einer Ozonanlage abgelesen werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein einheitliches Testverfahren entwickelt und der Einfluss der Probenlagerung, der Wassertemperatur bei Versuchsdurchführung, der Wassermatrix und des Gehalts an DOC, Nitrit und abfiltrierbaren Stoffen untersucht. Des Weiteren wurden Methoden zur Vorhersage der Spurenstoffelimination mit Ozon überprüft und bewertet. Die Testmethode eines Semi-Batch-Verfahrens, bei der eine Wasserprobe mit einem Sauerstoff/ Ozon-Gemisch begast wird, wurde mit einem Batch-Verfahren, bei dem eine hochkonzentrierte Ozonlösung der Probe zugegeben wird, verglichen. Batchversuche können mit konstanten oder variablen Verdünnung durchgeführt werden. Dabei wird zu einer gleichbleibenden Menge an Probenlösung eine variierende Menge an Ozonstarkwasser gegeben und diese Lösung bei der konstanten Verdünnung auf einen festgelegten Wert mit voll entsalztem Wasser aufgefüllt, während bei der variablen Verdünnung keine Zugabe von voll entsalztem Wasser erfolgt, so dass variierende Gesamtvolumina entstehen. Zur Bewertung der Ozonung wurde der spektrale Absorptionskoeffizient bei 254nm benutzt, da er den Gehalt an Organik in einer Wasserprobe wiederspiegelt. Es wurde festgestellt, dass beide Versuchs- und Verdünnungsmethoden übereinstimmende Ergebnisse der SAK254-Reduktion und Spurenstoffelimination liefern, das Batchverfahren jedoch einen erheblich geringeren Proben- und Zeitaufwand benötigt. Durch eine zweiwöchige Probenlagerung bei 7 °C konnte ein Anstieg des pH-Wertes beobachtet werden, der jedoch nur eine geringe Erhöhung der Elimination mancher Spurenstoffe, wie Benzotriazol, bewirkte. Des Weiteren führte eine Variation der Wassertemperatur bei der Ozonung von 10 - 30 °C bei Batch-Versuchen zu keiner signifikanten Veränderung der SAK254-Reduktion und Spurenstoffelimination. Zwei Kläranlagenabläufe und Trinkwasser mit unterschiedlichen DOC- und Nitritkonzentrationen wurden verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass die Korrektur des Ozoneintrags um die Ozonzehrung durch Nitrit und der Bezug auf den DOC ein gutes Instrument darstellt, um unterschiedliche Wassermatrizen vergleichbar zu machen. Während die Kläranlagenabläufe ähnliche Ergebnisse der Spurenstoffelimination liefern, wurde im Trinkwasser eine erhöhte Entfernung von Acesulfam, Benzotriazol, Candesartan, Gabapentin und Valsartansäure gemessen. Dies lässt sich durch die verschiedene Zusammensetzung des organischen Materials und der Menge an als Radikalfängern agierenden Stoffen im Kläranlagenablauf erklären. Zwischen der Spurenstoffelimination in filtriertem (0,45 µm, Cellulosenitrit) und unfiltrietem (AFS = 4 mg/L) Kläranlagenablauf wurde kein Unterschied festgestellt, während eine Zudosierung von suspendierten Stoffen (30 -75 mg/L) eine Verminderung der SAK254-Reduktion sowie der Spurenstoffelimination um bis zu 20% zur Folge hatte. Dies wird durch die Abreaktion des Ozons und der °OH-Radikale an den Partikeln erklärt. Zur Vorhersage der Spurenstoffelimination konnten Diclofenac, Benzotriazol, Valsartan und Iomperol als Indikatorsubstanzen im Kläranlagenablauf identifiziert werden, über die die Elimination weiterer Spurenstoffe genügend genau abgeschätzt werden kann. Darüber hinaus konnte ein linearer Zusammenhang zwischen delta SAK54 und der Elimination jedes Spurenstoffes aufgestellt werden, mit dem die zu erwartende Entfernung bei einem bestimmten Ozoneintrag berechnet werden kann.

The combined sewer overflow issue in the city of Berlin is becoming an increasing threat to the water quality of the surface water bodies, as the number and volumes of combined sewer overflow (CSO) events occurring per year may be on the rise due to climate variations among other aspects. For this reason, a case study was formulated to investigate the implementation of storage tanks in one of Berlin’s sub catchments, Wilmersdorf, in order to reduce the Occurrence of CSO to a once per year event on average. The investigation was made using InfoWorks Collection system (CS), one dimensional urban planning software used widely for sewer system modelling. The network of the Wilmersdorf catchment (majorly consisting of combined sewers, with small portions of separate rain and separate foul sewers) was modelled with the aid of InfoWorks. The implementation of tanks in the network was divided into two main parts: centralized and decentralized tanks. The centralized tanks addressed the issue of CSO, in order to reduce the CSO occurrence to once per year, firstly by using a short design storms representing a one year return period, to implement initial storage volumes, then this network was validated using rain series records for one year (1990) and for thirty years (1980-2010). The decentralized tanks were implemented at much smaller storage volumes compared to the centralized tanks, in localized locations to solve small surface floods in the separate rain sewer system, or to reduce the pollutant load Biological oxygen demand (BOD) of the CSO, by storing water from the separate foul system in the catchment. The results obtained for the centralized storage tanks show major reductions in CSO, with four centralized tanks implemented in central parts of the catchment. The target of once per year CSO event was achieved for the one year rain series (1990), but not for the thirty years rain series (1980-2010). Results for the decentralized storage tanks show reduction of surface flooding for the studied local areas in the catchment, with sometimes a reduction of surface floods also downstream of the targeted areas. On the other hand, the pollutant load (BOD) was reduced by negligible amounts with decentralized tanks at the studied separate foul system locations, with results showing that the overall BOD load reduction in the overflow volume is also accompanied with CSO overall volume reduction.

The paper presents semi-analytical mathematical model to estimate unsteady groundwater recharge resulting from variable depth of water in a large water body, influenced by time variant inflows and outflows. The model has been derived by integrating Hantush’s (1967) analytical expression for water table rise due to recharge from a rectangular spreading basin into the water balance equation of the water body. The model has been applied to a test study site in Raipur (India) for assessing viability of Managed Aquifer Recharge (MAR) from a lake located on an area dominated by the massive limestone formation. The components of the water balance equation have been carried out by the comprehensive analysis of the hydrological and hydrogeological aspects of the lake. The hydrological components include