Urban wet-weather discharges from combined sewer overflows (CSO) and stormwater outlets (SWO) are a potential pathway for micropollutants (trace contaminants) to surface waters, posing a threat to the environment and possible water reuse applications. Despite large efforts to monitor micropollutants in the last decade, the gained information is still limited and scattered. In a metastudy we performed a data-driven analysis of measurements collected at 77 sites (683 events, 297 detected micropollutants) over the last decade to investigate which micropollutants are most relevant in terms of 1) occurrence and 2) potential risk for the aquatic environment, 3) estimate the minimum number of data to be collected in monitoring studies to reliably obtain concentration estimates, and 4) provide recommendations for future monitoring campaigns. We highlight micropollutants to be prioritized due to their high occurrence and critical concentration levels compared to environmental quality standards. These top-listed micropollutants include contaminants from all chemical classes (pesticides, heavy metals, polycyclic aromatic hydrocarbons, personal care products, pharmaceuticals, and industrial and household chemicals). Analysis of over 30,000 event mean concentrations shows a large fraction of measurements (> 50%) were below the limit of quantification, stressing the need for reliable, standard monitoring procedures. High variability was observed among events and sites, with differences between micropollutant classes. The number of events required for a reliable estimate of site mean concentrations (error bandwidth of 1 around the “true" value) depends on the individual micropollutant. The median minimum number of events is 7 for CSO (2 to 31, 80%-interquantile) and 6 for SWO (1 to 25 events, 80%-interquantile). Our analysis indicates the minimum number of sites needed to assess global pollution levels and our data collection and analysis can be used to estimate the required number of sites for an urban catchment. Our data-driven analysis demonstrates how future wet-weather monitoring programs will be more effective if the consequences of high variability inherent in urban wet-weather discharges are considered.

The results highlight 35 contaminants that should be prioritized in regulatory and research monitoring campaigns, thus ensuring that efforts and resources are optimized. The proposed contaminants need to be carefully assessed as country-specific regulations and habits might lead to changes in prioritization. Efforts need to go towards an analysis of different compound classes as one class might not cover much of the toxicity spectrum. The observed high variability and censoring in the collected data leads to high uncertainty for decision making and stresses the importance to redesign future wet-weather monitoring programs.

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 Stadt-strukturtypen (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 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 während Regenereignissen 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 Regen-wasser in die Gewässer gelangenden Spurenstofffrachten für Gesamt-Berlin hat ergeben, dass Frachten regenwasserbürtiger Spurenstoffe in der gleichen Größen-ordnung 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 (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 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 während Regenereignissen 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 (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.

Beside inputs from wastewater treatment plants, untreated stormwater runoff can also be an important source of pollutants affecting urban surface waters. To evaluate the relevance of micropollutants in urban stormwater runoff for the city of Berlin, an event-based, one-year monitoring program was conducted in five homogeneous catchments of different urban structure types. Volume proportional samples were analysed for a comprehensive set of ~100 micropollutants (e.g. biocides/pesticides, plasticisers, flame retardants, PAH, heavy metals) as well as standard parameters (TSS, total P, phosphate, ammonium, COD, BOD). Micropollutant concentrations found in stormwater runoff were extrapolated to annual loads for the city of Berlin (impervious connected area of ~170 km2) based on the concentration patterns found in each of the five specific city structure types. Results show that micropollutants of several substance types can enter Berlin surface waters at loads in the order of 10-700 kg/yr via stormwater runoff. These loads are in a similar order of magnitude as micropollutants that enter Berlin surface waters via (treated) sewage, such as pharmaceutical residues carbamazepine or ibuprofen.

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.