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.

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.

POWERSTEP aims to demonstrate energy-positive wastewater treatment, which requires the utilization of the internal carbon in the wastewater to produce biogas. An increased carbon extraction for biogas production challenges conventional nitrogen removal, in which denitrifying bacteria depend on an easily accessible source of carbon. Hence, POWERSTEP focuses on novel concepts for nitrogen removal in the mainstream line, with a minimum requirement of carbon. Within work package (WP) 2 of POWERSTEP, Mainstream nitrogen removal, three different tasks have been performed that represents three different options for nitrogen removal after advanced carbon extraction. In task 2.1 Advanced control strategies, it was demonstrated in Case study Westewitz WWTP that, with an advanced control system where polymer addition in the primary treatment was based on minimum carbon source requirement for denitrification, a high degree of carbon extraction could be achieved while still meeting the effluent demands for nitrogen, utilizing the conventional nitrification-denitrification pathway. In task 2.2 Mainstream deammonification, the concept using a specific group of autotrophic bacteria, commonly referred to as anammox bacteria, for removal of ammonia to nitrogen gas was demonstrated in full scale prototype in Case study Sjölunda WWTP. Since anammox bacteria are not dependent on carbon for nitrogen removal, the full potential of carbon recovery for biogas production can be reached. In task 2.3 Mainstream duckweed reactor, the potential of using duckweed for high production of vegetal organic biomass for biogas production and simultaneously achieve nitrogen removal, was demonstrated in Case study Westewitz WWTP. This deliverable provides a guideline, where the different options to remove nitrogen within municipal wastewater after advanced carbon extraction are presented based on the performed tasks in WP2 of POWERSTEP, and in comparison with conventional processes. Special emphasis is made on resources (energy, footprint, chemicals) and performances (removal stability, flexibility, sludge production). The outcome from POWERSTEP (tasks 2.1.-2.3) and comparisons with conventional processes showed that in order to meet the full potential of carbon recovery and turning the wastewater treatment plant truly energy positive while still meeting high nitrogen removal requirements, there is a need to implement anammox removal technology. However, the full scale demonstration showed that even if the potential is clearly there, the technology is not yet mature enough to be commonly implemented during cold (<15°C), diluted (low NH4N concentrations) and unfavourable (high) COD to N conditions in the wastewater, why further full scale demonstrations are highly recommended. Under more favourable, and especially warmer wastewater conditions, the anammox technology is today ready for the early frontrunners. Finally, the power of an advanced control strategy for conventional nitrification and denitrification should not be underestimated. With an optimised extraction of primary organic carbon, a large increase of biogas and energy recovery can be obtained without jeopardizing the nitrogen limits. This strategy is ready for implementation and should be evaluated on all wastewater treatment plants.

Discussion on options and performances of advanced control sys-tems for biological nitrogen removal after advanced primary treatment. The process control options are described in details as well as process performance in the demo site was quantified in-cluding transition strategy from conventional scheme to process with the advanced carbon extraction.

Producing more biogas from sludge digestion is one of the main factors to reach energy-neutral or energy-positive WWTP operation. In the project POWERSTEP a primary goal is to remove as much energy rich primary sludge as possible from the system prior to the biological treatment without having negative effects on downstream processes and effluent quality in terms of nitrogen removal. Within the project Work Package 1 addresses enhanced carbon extraction in primary treatment with different filtration technologies (drum and disc filters from Veolia Technologie AB - Hydrotech) tested in Case Study 1 (Westewitz, Germany) and 2 (Sjölunda, Sweden). To give scientific proof of the results and benchmark the performance against other competing technologies, process performance data has to be compared with other technologies used for primary treatment. In this report the results of literature research and comparison with data of case studies of full scale enhanced primary treatment units are shown and compared to each other. Specific indicators for the comparison are defined followed by identification of available alternative technologies for primary treatment at municipal wastewater treatment plants (WWTPs). These technologies are described by functionality, efficiency and operational data. Finally an overview of the results is presented in form of a fact sheet for primary treatment processes.

This deliverable describes Guidelines for design and operation of advanced primary treatment with microscreen. Technical speci-fications including pre-treatment, mesh size, hydraulic velocity, chemicals (substances, doses, contact times), operational re-quirements (backwash, cleaning) and operational performanc-es (removal rates, backwash sludge quantity and quality) are presented with data gained from the two Case study site trials in Westewitz (Germany) and Sjölunda (Sweden)..

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.