A large variety of substances are used in building materials to improve their properties. In recent years, attention to organic additives used, for example, in renders, façade paints or roof sealing sheets has increased as these compounds have been detected in urban stormwater runoff and surface waters. In this paper, we show the extent of emissions induced by rain events in two study sites in Berlin. For this purpose, stormwater runoff from roofs, façades, and in storm sewers was sampled and analysed over a period of 1.5 years in two residential catchments. Results show that, in particular, the biocides diuron and terbutryn from façades, the root protection agents mecoprop and MCPA in bituminous sheeting, and zinc from roofs and façades reach concentrations in the stormwater sewer that exceed limit values for surface waters. Additionally, transformation products of the biocides were also detected. However, many other analysed substances were below the quantification limit or inconspicuous in their concentration levels. The emissions, modelled with the software COMLEAM, demonstrate that in urban areas the limit values in smaller surface waters are exceeded during wet weather. Furthermore, the orientation of the buildings to wind-driven rain is essential for the emitted load from façades. The calculated mass balances of both catchments show that a major portion of all substances remains on-site and infiltrates diffusely or in swales, while the remaining portion is discharged to stormwater sewers. For example, in one of the two study sites, <5% of diuron emissions are discharged to surface waters. Infiltration, in particular, is therefore a crucial pathway of pollution for soil and groundwater. Measures for source control are proposed to mitigate the leaching of environmentally relevant substances from construction materials.

This dataset includes concentrations of micropollutants (27) and heavy metals (7) for stormwater runoff from different sampling points at two test sites (A and B) in Berlin, Germany. Both sites are new development areas of similar size that were both constructed in 2017 (1 – 1.5 years prior to the start of the monitoring campaign). Composite samples of individual rain events were taken at three sampling points of each test site: façade runoff, roof runoff and corresponding stormwater runoff from the catchment area. Samples were taken as part of the research project BaSaR (www.kompetenz-wasser.de/en/forschung/projekte/basar/) of Kompetenzzentrum Wasser Berlin, Ostschweizer Fachhochschule and Berliner Wasserbetriebe. More information including sampling and analytical methods are detailed in the corresponding journal paper "Emissions from building materials – a thread for the environment?", submitted to the MDPI-journal Water.

The study was financed through the German Environment Agency (Umweltbundesamt, FKZ 3717373280), which is greatly acknowledged. 

Urbanes Niederschlagsabwasser kann durch verschiedene organische und anorganische Stoffe belastet sein, wie Untersuchungen in zwei Berliner Überbauungen und eine begleitende Modellierung klar zeigten. Daher wurden ein Leitfaden sowie Massnahmen-Steckbriefe für Planer und Architekten entwickelt, um die Belastungen an der Quelle oder nachgeschaltet zu reduzieren, bevor sie in Boden und Gewässer gelangen.

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.

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, Schwer-metalle), von denen ein Großteil (>70) detektiert wurde. Die höchsten Konzen-trationen an organischen Spurenstoffen 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.

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 unter- sucht. Das Programm umfasste mehr als 100 Spurenstoffe einschließlich 20 Biozide bzw. Pestizide. Die höchsten Konzen- trationen dieser Stoffgruppe wurden für Mecoprop (max: 6,9 µg/L) und Glyphosat (max: 4,6 µg/L) gefunden. Für die Mehr- zahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. Für einige Substanzen (z.B. Carbendazim, Terbutryn) und Einzugsgebiete wurden im Regenwasserabfluss Umweltqualitätsnormen (UQN) für Ge- wässer überschritten. Proben, die zusätzlich bei Regenwetter in einem Fließgewässer genommen wurden, zeigen, dass es auch im Gewässer zur Überschreitung von zulässigen Höchst- konzentrationen (ZHK-UQN) bei Regen kommen kann.

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 etwa 90 volumenproportionale Mischproben auf über 100 Spurenstoffe analysiert (zum Beispiel Phthalate, Pestizide/ Biozide, Flammschutzmittel, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, Schwermetalle), von denen ein Großteil (über 70) detektiert wurde. Die höchsten Konzentrationen an organischen Spurenstoffen wurden für Phthalate gefunden (DIDP - DINP: durchschnittlich über 12 µg/L), während Schwermetalle von Zink dominiert wurden (durchschnittlich 950 µg/L). Für die Mehrzahl der Stoffe gab es dabei signifikante Unterschiede zwischen den Stadtstrukturen. Für einige Substanzen (zum Beispiel DEHP, Carbendazim, einige polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe) wurden im Regenwasserabfluss Umweltqualitätsnormen (UQN) für Gewässer überschritten. Zusätzlich bei Regenwetter in einem Fließgewässer genommene Proben zeigen, dass es auch im Gewässer zur Überschreitung von zulässigen Höchstkonzentrationen (ZHK-UQN) bei Regen kommen kann. Eine Hochrechnung der über das Regenwasser in die Gewässer gelangenden Spurenstofffrachten für Gesamt-Berlin hat ergeben, dass etwa 1,5 Tonnen an organischen Spurenstoffen über Regenabfluss jährlich in die Berliner Gewässer gelangen. Ein Vergleich mit modellierten Frachten abwasserbürtiger Spurenstoffe, die über Kläranlagenablauf in die Berliner Gewässer gelangen, zeigt, dass Frachten regenwasserbürtiger Spurenstoffe in der gleichen Größenordnung wie schmutzwasserbürtige Spurenstoffe liegen können.

Micropollutant concentrations found in stormwater runoff were extrapolated to annual loads at the scale of the city of Berlin (impervious connected area of ~170 km2). Extrapolation was done by city structure, i.e., it was assumed that concentration patterns found in one of five specific city structure types is representative for every area of this structure type. Preliminary results show that micropollutants of several substance types can enter Berlin surface waters at loads in the order of kg/yr via stormwater runoff: plasticizers (e.g., sum of Di-iso-decylphthalate and Di-iso-nonylphthalate at 770 kg/yr), flame retardants (e.g., tris(2-butoxyethyl) phosphate (TBEP) at 89 kg/yr), biocides from different sources (e.g., Glyphosate at 17 kg/yr and Mecoprop at 30 kg/yr), vulcanizing accelerator benzothiazole (as sum of benzothiazole and metabolites methylthiobenzothiazole and hydroxybenzothiazole at 65 kg/yr) and combustion byproduct polycyclic aromatic hydrocarbons PAH 16 (sum of 16 EPA PAH at 107 kg/yr). These loads are in a similar order of magnitude as micropollutants that enter Berlin surface waters via (treated) sewage, such as pharmaceutical residues carbamazepine and ibuprofen with estimated annual loads of 436 kg/yr and 35 kg/yr, respectively.

A study is conducted to determine the relevance of micropollutants in urban stormwater runoff. To evaluate for the first time city-wide annual loads of stormwater-based micropollutants entering urban surface waters, an event-based, one-year monitoring program was set up in separate storm sewers in Berlin. Monitoring points were selected in 5 catchments of different urban structures (old building areas <1930, newer building areas >1950, single houses with gardens, roads >7500 vehicles/day and commercial areas) to consider catchment-specific differences. Storm events of different characteristics were sampled up to four hours during different seasons by automatic samplers triggered by flow meters. Volume-proportional samples (one composite sample per event) were analysed for a set of 100 parameters including 85 organic micropollutants (e.g. flame retardants, phthalates, pesticides/biocides, PAH), heavy metals and standard parameters. So far (70/88 samples), 60 organic micropollutants were at least once detected in stormwater runoff of the investigated catchment types. Concentrations were highest for phthalates with average concentrations of 13 µg/L for diisodecyl phthalate. For heavy metals, concentrations were highest for zinc (average: 950 µg/L). Results also showed catchment-specific differences for many compounds as well as seasonal differences for selected pollutants which can be used to improve micropollutant strategies and potentially prevent loads at the source.