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.

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.

Phosphorus (P) recovery through struvite is already both technically and economically feasible. This has been proved by more than 40 large-scale plants worldwide. However, when designing and implementing these P-recovery technologies, the environmental effects need to be considered. Therefore, a comparative environmental life cycle assessment of phosphorus recovery with different generations of the AirPrex® reactors at WWTP Wassmannsdorf and Amsterdam West was carried out in this study. Results show that both AirPrex® configurations with 1 reactor and 3 reactor have positive energy benefits and better environmental credits for the global warming potential (GWP), freshwater eutrophication potential, and marine eutrophication potential. The 3-reactor configuration shows better results in cumulative energy demand with 35% improvement of energy surplus, 36% reduction of GWP and less eutrophication potential. These improvements are mainly due to optimized struvite precipitation and harvesting and show that technology can be developed further, especially in plant operation and not only in the laboratory or pilot plant.

The increasing application of plastic products during the last 60 years, entailed an undesirable plastic input to the environment. Small plastic particles (microplastic) are able to reach the water cycle by households and urban areas. Microplastics are defined as particles with smaller than 5 mm and could be subdivided into two groups. Primary microplastics are engineered materials used as product additives for cosmetics, peelings and cleaning agents. Secondary microplastics are produced from the embrittlement of common plastic products, due to physical, chemical or biological degradation processes.The project “Optimized materials and processes for the separation of microplastic from the water cycle” – OEMP founded by the German Bmbf intends the development of new restraining materials and separation processes of various microplastic particles (different in size, shape, type of plastic). Different entry pathways of the urban water cycle in city areas (effluent from wastewater treatment plants, combined sewer overflows, street drainage) are investigated for the purposes of optimized technical approaches, to ensure a sustainable water economy with high class standards in protection of the surface waters. Therefore, a proper assurance is needed, that examines the different technical and natural systems with regard to their retention qualities. An integrant is an evaluable methodology for sampling and analytics of microplastic, as well as a first benchmark of the purification processes, which are developed during the project OEMP. For the effluent of the wastewater treatment plant high performance filtration materials were developed. The first field tests are evaluated and show relevant reduction of suspended solids. The cloth filtration media and for sieve filtration show a removal efficiency of more than 70 % for the Materials down to 20 microns. Further test with pore size materials down to 6 microns will follow. The following figures explain the principle of the cloth filtration media and the sieve filtration. For the fine materials fare higher reduction rates are expected. To analyze the samples a thermal extraction method was developed as well as a sampling technique for high sampling volumes up to 2 m3 to measure the amount of microplastics in the frictions of 500, 100, 50, and 6 microns. Plastics and microplastics will be preserved in the environment for many years, therefore systematic studies in the field of urban water management are reasonable. To implement promising technics for separating microplastics from the effluent of wastewater treatment plant and mixes sewage water at existing infrastructure the municipality, the industry, the research and the citizen/consumer are requested to collaborate. The Project OEMP is founded by the German Bmbf: MachWas – Materialien für eine nachhaltige Wasserwirtschaft“

Phosphorus (P) is a limited resource, which can neither be synthesized nor substituted in its essential functions as nutrient. Currently explored and economically feasible global reserves may be depleted within generations. China is the largest phosphate fertilizer producing and consuming country in the world. China's municipal wastewater contains up to 293,163 Mg year of phosphorus, which equals approximately 5.5% of the chemical fertilizer phosphorus consumed in China. Phosphorus in wastewater can be seen not only as a source of pollution to be reduced, but also as a limited resource to be recovered. Based upon existing phosphorus-recovery technologies and the current wastewater infrastructure in China, three options for phosphorus recovery from sewage sludge, sludge ash and the fertilizer industry were analyzed according to the specific conditions in China.

Um einen guten Gewässerschutz zu gewährleisten und damit die Ziele der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie umzusetzen, müssen auch die stofflich oft unterschätzten Niederschlagsabflüsse aus dem Trennsystem behandelt werden. Der Gesetzgeber hat im neuen Wasserhaushaltsgesetz § 55 geregelt, dass Niederschlagswasser entweder ohne Vermischung über eine Kanalisation abgeleitet werden soll, ortsnah versickert oder direkt (in Gräben) abgeführt wird. Der Neubau von Mischsystemen ist nicht mehr zugelassen. Die Belastung der Gewässer durch direkte Einleitung von Niederschlagswasser steigt, da dessen Verschmutzung u.a. durch das steigende Verkehrsaufkommen zunimmt. Vor allem Straßenabflüsse von Kreuzungen und auch Abflüsse von viel genutzten Parkplatzflächen können eine hohe Schadstoffbelastung aufweisen. Seit einigen Jahren wird deshalb in den meisten Bundesländern „behandlungsbedürftigem“ Niederschlagswasser unterschieden. Behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser stammt überwiegend von Verkehrsflächen, die nach Angaben des Statistischen Bundesamtes annähernd 50 % der versiegelten Flächen in Deutschland ausmachen. Der Schadstoffeintrag von Wohn- oder Gewerbeflächen ist dagegen weitaus geringer. Daher steht die Behandlung von Niederschlagswasser von Verkehrsflächen zunehmend im Fokus. Anlagen zur Niederschlagswasserbehandlung werden bislang überwiegend „zentral“ am Auslass der Kanalisation angeordnet, die unterschiedlich belastete Flächen gemeinsam entwässern. Als zentrale Niederschlagswasserbehandlung kommen bisher Regenrückhaltebecken (RRB), die vorwiegend hydraulisch wirken, Regenklärbecken (RKB) mit und ohne Dauerstau, Retentionsbodenfilter (RBF) sowie Abscheideanlagen nach RiStWag zum Einsatz. Zur Nachrüstung bestehender Becken kommen Lamellenabscheider und technische Filteranlagen zur Anwendung. Besonders im dicht besiedelten urbanen Raum ist eine zentrale Behandlung von Straßenabflüssen aus Platzgründen nicht immer möglich. Um dennoch behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser zu reinigen, stellen dezentrale Reinigungsanlagen eine Alternative und Ergänzung dar. Es existieren unterschiedliche Systeme auf dem Markt, welche auf dem Prinzip der Abscheidung durch Sedimentation, Filtration und Adsorption oder auf einer Kombination dieser Verfahren basieren. Als neue Sonderformen stehen Trägermaterialien wie Zeolithe, Zero-valentes Eisen (GEH) z.B. für die Behandlung von Niederschlagswasser, das von Kupferdächern stammt zur Verfügung. In einigen Projekten wurden dezentrale Reinigungsanlagen zur Behandlung von Straßenabflüssen bereits untersucht, meistens unter kontrollierten Randbedingungen. zwischen „nicht behandlungsbedürftigem“ und Um an die gewonnenen Ergebnisse anzuknüpfen und weitere Erfahrungen über ihre Leistung in situ und deren Betriebsaufwand zu sammeln, wurde am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft der TU Berlin in enger Kooperation mit der Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbH (IPS), dem Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB), den Berliner Wasserbetrieben (BWB) und der Berliner Stadtreinigung (BSR) das Projekt „Dezentrale Reinigung von Straßenabflüssen“ bearbeitet. Die Ziele des Projektes bestanden darin, Aussagen über verschiedene Technologien zur dezentralen Reinigung von Straßenabflüssen hinsichtlich der stofflichen Rückhalteleistung und dem Betriebsverhalten zu treffen. Dafür wurden im öffentlichen Straßenraum in Berlin (Clayallee) sowie auf einem Betriebshof der Berliner Stadtreinigung verschiedene Systeme untersucht. Zusätzlich erfolgte eine Untersuchung der Anlagen unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen an einem Teststand. Die Ergebnisse wurden mit den Erkenntnissen der in situ Untersuchung verglichen. Weiterhin wurden abschätzende Modellierungen auf Einzugsgebietsebene, eine Kostenvergleichsrechnung sowie eine Ökobilanz erstellt. Das Projekt lief vom 01.11.2012 bis zum 30.09.2015.

Um einen guten Gewässerschutz zu gewährleisten und die Europäische Wasserrahmenrichtlinie umzusetzen, sollten stofflich oft unterschätzte Niederschlagsabflüsse aus dem Trennsystem behandelt werden. Vor allem Straßenabflüsse von stark befahrenen Straßen, Kreuzungen und Abflüsse von viel genutzten Parkplatzflächen weisen eine hohe Schadstoffbelastung auf. Besonders im dicht besiedelten urbanen Raum ist eine zentrale Behandlung von Straßenabflüssen zum Beispiel mit Retentionsbodenfiltern oder Regenklärbecken mit Sedimentationswirkung aus Platzgründen nicht immer möglich. Um dennoch behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser zu reinigen, stellen dezentrale Technologien eine Alternative dar. Es existieren unterschiedliche Anlagen auf dem Markt, welche auf dem Prinzip der Abscheidung durch Sedimentation, Filtration und Adsorption oder auf einer Kombinationen dieser Verfahren basieren. Am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft der TU Berlin wird zur Zeit in enger Kooperation mit der Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbh, dem Kompetenzzentrum Wasser Berlin, den Berliner Wasserbetrieben und der Berliner Stadtreinigung das Projekt „Dezentrale Reinigung von Straßenabflüssen“ durchgeführt. Im Rahmen des Projekts werden verschiedene Technologien zur dezentralen Reinigung von Straßenabflüssen im öffentlichen Straßenraum in Berlin (Clayallee) sowie auf einem Betriebshof der Berliner Stadtreinigung untersucht. Dazu werden bereits vorhandene Schächte im Straßenraum umgerüstet bzw. neu errichtet und um zusätzliche Probenahmemöglichkeiten ergänzt und mit automatischen Messeinrichtungen ausgerüstet. Ferner erfolgt die Aufnahme betrieblicher Daten.. Parallel dazu wurde ein Teststand im Technikum des Instituts für Bauingenieurwesen der TU Berlin aufgebaut, an dem die dezentralen Systeme unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen auf ihre hydraulische Leistungsfähigkeit und ihr stoffliches Rückhaltevermögen getestet werden.

Das Projekt soll mögliche Entlastungseffekte für die Berliner Gewässer durch Einsatz geeigneter Maßnahmen zur Reinigung von Straßenabläufen aufzeigen.

When mapping out strategies for an integrated water resource management in urban areas the precipitation-conditioned influences on the quality of waters available as resource are considered in an increasing manner. Amongst water discharges from urban areas, combined sewer overflows (CSO) represent a particular impact on waters due to their dynamic character. To assess CSO impacts, especially for an integrated modelling of sewer system and surface waters, quantity and quality data from the interface combined sewer overflow is needed. A monitoring concept for CSOs in Berlin was developed in the context of the project Monitor-1 by the KompetenzZentrum Wasser Berlin. In 2009, this concept will be realised in cooperation with the Berlin water authority and the utility Berliner Wasserbetriebe. When planning and preparing a monitoring an important aspect is, adjacent from the evaluation of possible locations, the selection of suitable measuring techniques. For this, extensive tests of different online measurement techniques from reputed manufacturers were accomplished at a test facility at the TU Berlin. Apart from questions such as accuracy, response behaviour at suddenly arising load peaks or dilutions and available measuring intervals, particularly aspects of calibration, cleaning and management of the sensors were evaluated. The influence of the calibration was especially examined with the ion-selective sensors (ISE). The question was pursued, how the sensors must be calibrated to offer the greatest possible accuracy for the generally very low concentrations in surface waters and the occurrence of a sudden and precipitous rise of concentration in the case of the start of the CSO. Ammonium and nitrate were also supplemented with chemicals besides the stockpiling with waste water. An important finding was that generally all sensors are applicable for the measurement task.