Die EU-Verordnung 2020/741 legt erstmals verbindliche Mindestanforderungen für die Wasserwiederverwendung fest, beschränkt sich jedoch auf die landwirtschaftliche Bewässerung. Andere Anwendungen wie industrielle oder kommunale Nutzungen sind nicht geregelt, können aber von den Mitgliedstaaten erlaubt werden, sofern Umwelt- und Gesundheitsschutz gewährleistet sind. In Deutschland existiert bislang keine spezifische Regelung für die industrielle Abwasserwiederverwendung, maßgeblich sind die allgemeinen Bestimmungen des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG). Danach ist Abwasser vorrangig zu beseitigen (§ 55 WHG), die Wiederverwendung kann jedoch als Wasserbenutzung genehmigt werden.
Mikroplastik kann nicht nur in Ozeanen, sondern auch in Süßwasserökosystemen nachgewiesen werden. Damit die Belastung und mögliche Eintragspfade identifiziert und untersucht werden können müssen Nachweis- und Analysestrategien für limnische Ökosysteme erprobt und geprüft werden. Hierfür wurde das Degradationsverhalten von Mikroplastik in Süßwasser untersucht und die Adsorption von Mikroplastik an Süßwasserpflanzen nachgewiesen. Darauffolgend konnten Nachweis- und Analysestrategien für Süßwasserpflanzenproben, Gewässerproben, Sediment- und Sedimentgesteinsproben und atmosphärischen Proben entwickelt werden. Es wurden Feldmesskampagnen in vier unterschiedlichen Fließgewässern in Nordrhein-Westfalen (Wupper, Rhein-Herne-Kanal, Ruhr und Emscher) durchgeführt. Hierbei wurden die Verfahren zur Probennahme und Analyse für Süßwasserpflanzen und Gewässerproben angewandt. In allen untersuchten Gewässer- und Pflanzenproben konnte potentielles Mikroplastik gefunden werden. Dies verdeutlicht den Bedarf an einer einheitlichen Nachweis- und Analysestrategie für die längerfristige Überwachung von Mikroplastikvorkommen in limnischen Ökosystemen.
Ein bisher nicht beachtetes Risiko beim Zulassungsverfahren von Pflanzenschutzmitteln besteht darin, dass das Risiko einer in der Zukunft möglichen Umstufung von vermeintlich nicht relevanten Metaboliten in relevante nicht betrachtet wird und infolgedessen für nicht relevante Metaboliten Konzentrationen akzeptiert werden, die bei einer späteren Umstufung zu Grenzwertüberschreitungen führen können. Ein besonderes Problem stellt dies in Wasserschutzgebieten dar, da dann meist nur die teure Aufbereitung oder die Aufgabe der Ressource die Konsequenz ist. Grundsätzlich kann dieses Risiko nur dadurch beherrscht werden, dass dem Vorsorgeprinzip folgend Wirkstoffe, deren Metabolite im Rohwasser in Konzentrationen größer dass 0,1 µg/L auftreten können, nicht in Wasserschutzgebieten angewendet werden dürfen. Dies setzt voraus, dass die damit verbundene zulässige Höchstkonzentration der Metaboliten im Sickerwasser als Maßstab für die Zulassung definiert wird. Der Beitrag stellt hierzu ein geeignetes Verfahren auf der Basis eines probabilistischen Berechnungsansatzes vor.
Spätestens seit der Corona-Pandemie gelten Abwassertestungen als vielversprechendes Werkzeug zur Überwachung und Prognose von Krankheitserregern, da sie repräsentative und anonyme Daten liefern. Die erfolgreiche Nutzung dieser Daten für epidemiologische Modelle erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zahlreicher Partner. Dieser Artikel beleuchtet am Beispiel der Corona-Abwassertests in Rheinland-Pfalz die damit verbundenen Herausforderungen, erzielten Ergebnisse und erforderlichen Schnittstellen.
Bei den transienten thermodynamischen Vorgängen in Druckbehältern zur Druckstoß-sicherung hat der konvektive Wärmeübergang den größten Einfluss und wird maßgeblich durch die Temperaturdifferenz zwischen Druckluftpolster und Behälterinnenwand bestimmt. Bislang wurde für Berechnungen die Behälterwandtemperatur als konstant oder als Funktion der Drucklufttemperatur angenähert, es fehlte ein Ansatz zur zutreffenden Berechnung der Wandtemperatur anhand der physikalischen Zusammenhänge. Diese Lücke wird mit dem vorliegenden Beitrag geschlossen. Es wird gezeigt, wie mittels zentralem Differenzenverfahren die transiente Temperaturverteilung in der mehrschichtigen Behälterwand zutreffend modelliert werden kann. Die Validierung anhand von Messwerten zeigt eine gute Übereinstimmung. Das Verfahren ist als Unterprogramm für Druckstoßprogramme geeignet.
Das Vorkommen von Spurenstoffen in Gewässern ist in den letzten Jahrzehnten zu einem wachsenden Anliegen geworden. Die weitergehende Abwasserreinigung, beispielsweise die Adsorption an Pulveraktivkohle (PAK), hat sich zunehmend auf die effiziente Elimination dieser Stoffe konzentriert, um deren Eintrag in die Gewässer zu minimieren. Dieser Beitrag präsentiert einen Modellierungsansatz zur Vorhersage der Adsorption von organischen Spurenstoffen an PAK in der weitergehenden Abwasserreinigung. Das Modell wurde durch Isothermen-Batch-Versuche kalibriert. Die Validierung mittels vollmaßstäblicher Messkampagnen zeigt erfolgreiche Modellvorhersagen für die Entfernung von Spurenstoffen (etwa 5 % Abweichung), obwohl die Entfernung von Diclofenac in der Adsorptionsstufe und in der gesamten Kläranlage um 15 bis 20 % unterschätzt wurde. Modelluntersuchungen zeigten, dass die Rückführung von Überschusskohle in die biologische Stufe die Entfernung von Spurenstoffen um bis zu 15 % verbessern kann. Die simulationsgestützte Untersuchung zeigte, dass bei Regenereignissen die Gesamteffizienz der Spurenstoffentfernung in der gesamten Kläranlage um etwa 50 % reduziert wurde. Tests verschiedener PAK-Dosierungsstrategien ergaben mögliche PAK-Einsparungen von 10 bis 15 % im Vergleich zur zulaufproportionalen Dosierung.
Detaillierte (hydrodynamische) Kanalnetzmodelle sind, insbesondere bei komplexen Netzen, rechenzeitaufwändig. Der Beitrag beschreibt ein automatisiertes Verfahren, das aus einem hydrodynamischen Kanalnetzmodell ein sofort lauffähiges und schnelles vereinfachtes (hydrologisches) Kanalnetzmodell erzeugt. Dadurch, dass im Simulationssystem Simba# hydrodynamische und hydrologische Modellierungsansätze in einem Modell kombiniert werden können, ergeben sich neue Möglichkeiten und Anwendungen der Modellvereinfachung unter Berücksichtigung wichtiger hydrodynamischer Aspekte (u. a. Digitaler Zwilling).
Das rheinland-pfälzische Benchmarking-Projekt ist eine der am weitesten etablierten Benchmarking-Initiativen der Länder Deutschlands. Seit dem Erhebungsjahr 2005 nimmt die Mehrzahl der rheinland-pfälzischen Wasserversorgungsunternehmen (WVU) im Dreijahresrhythmus daran teil. Der Infrastruktur-Leckage-Index (ILI) wird von der International Water Association (IWA) seit vielen Jahren als eine von mehreren Kennzahlen zur Beurteilung der realen Wasserverluste in der Trinkwasserversorgung empfohlen. Im Vorwort zu DVGW W 392 (A) ist zu lesen, dass die Kennzahl zukünftig im Zusammenhang mit der Beurteilung der Dichtheit von Wasserverteilungsnetzten auch in Deutschland eine größere Bedeutung erlangen wird [1]. Im Abschlussbericht zur Entwicklung eines Hauptkennzahlensystems der deutschen Wasserversorgung [2] ist sie als eine Kennzahl zur methodischen Erprobung ausgewiesen. Auf der Basis von gesammelten Erfahrungen bei der Anwendung soll über eine endgültige Aufnahme in das Hauptkennzahlensystem entschieden werden. Zudem nehmen die Richtlinie (EU) 2020/2184 (EU-Trinkwasserrichtlinie) [3] und die Verordnung (EU) 2020/852 (Taxonomieverordnung) [4] explizit Bezug auf den Infrastruktur-Leckage-Index, wodurch eine zunehmende Bedeutung dieses Index zu erwarten ist. Dieser Beitrag geht auf methodische Schwierigkeiten bei der Anwendung des Infrastruktur-Leckage-Index am Beispiel von rheinland-pfälzischen WVU ein. Aufgrund der zahlreichen Faktoren, die einen Einfluss auf den ILI haben, wurde dieser Fachbeitrag in zwei Teile unterteilt. Der erste Teil beleuchtet verschiedene Faktoren, welche das zur Berechnung der ILI-Werte zu ermittelnde technisch unvermeidbare Verlustvolumen beeinflussen können. Im zweiten Teil werden methodische oder datenbezogene Herausforderungen bei der Anwendung des ILI diskutiert.
Die richtige Auslegung von Druckbehältern zur Druckstoßsicherung erfordert die zutreffende Beschreibung der thermodynamischen Vorgänge, insbesondere des Wärmeaustauschs mit dem Druckluftpolster. Der Beitrag stellt hierzu einen Berechnungsansatz vor, der die wesentlichen Bilanzgrößen des Wärmeübergangs erfasst. Diese sind der konduktive und der konvektive Wärmeübergang, die Kondensationswärme des Wasserdampfes bei der Dekompression, die Strahlungswärme der Wand, die durch auskondensierte Nebeltröpfchen aufgenommen wird sowie die Erstarrungswärme bei Unterschreiten des Gefrierpunktes. Validiert wird der Ansatz durch Messwerte durch Abgleich der Veränderung der inneren Energie des Druckluftpolsters. Die Daten aus Dekompressions-, Kompressionsversuchen sowie von Pumpenabschaltungen zeigen eine gute Übereinstimmung. Damit kann der meist verwendete, aber ungenaue Ansatz mittels konstantem Polytropenexponenten in Druckstoßprogrammen ersetzt werden.
In einem umfangreichen Spurenstoffmonitoring auf der Kläranlage Dülmen wird das Vorkommen von Spurenstoffen an verschiedenen Messstellen aufgezeigt, und deren Entfernung über die Verfahrensstufen der Kläranlage betrachtet. Darauf basierend wird deren Eignung als Leitparameter für den Nachweis einer ausreichenden Spurenstoffelimination erörtert und deren Nutzung als Steuer- oder Regelgröße diskutiert.
Bei der Grundwasseraufbereitung gehen 1–4 % des Trinkwassers für die Filterspülung verloren. In dieser Pilotstudie wurden getauchte polymere und keramische Ultrafiltrationsmembranen zur Filterspülwasseraufbereitung vergleichend untersucht. Die Aufbereitungsleistung war für beide Systeme sehr hoch, mit Rückhalteraten für Eisen über 99 % und TOC über 90 %. Während die konventionelle polymere Hohlfasermembran mit einem Filtratflux von 40 L/(m2∙h) langfristig betrieben werden kann, ermöglicht das alternative System mit Keramikmembran einen höheren Flux von 150 L/(m2∙h).
Feine abfiltrierbare Feststoffe (AFS63) sind in Deutschland ein neuer Parameter zur qualitativen Bewertung von Niederschlagsabflüssen. Während die gesamten abfiltrierbaren Feststoffe (AFSges) gemäß DIN 38409-2 oder DIN EN 872 analysiert werden können, fehlt bisher eine genormte Methode zur AFS63-Bestimmung. Erste Untersuchungen dazu zeigten, dass die Bedingungen der Siebung sowie der Dispergierung einen entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis haben. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse systematischer Untersuchungen mit verschiedenen Siebmethoden (manuell und apparativ, variierende Siebdurchmesser und Spülwasservolumina) sowie Arten zur Vordispergierung (manuell, Ultraschall, Dissolver) an Feststoffen von Verkehrsflächen (Straßenstäube) mit bekannter Korngrößenverteilung gezeigt. Anhand der Laborversuche wurde festgestellt, dass die Wiederfindung an AFS63 mit einer apparativen Siebung gelingt. Bei der manuellen Siebung ist auf ein an die Siebfläche angepasstes Spülwasservolumen zu achten. Für alle Siebmethoden wird eine Vordispergierung mittels intensiver manuellen Schüttlung oder Dissolver empfohlen. Die Vordispergierung mit dem Ultraschall führt zu einer Zerschlagung der Partikel und damit zu Überbefunden an AFS63.
Die europaweite Knappheit an eisenhaltigen Flockungsmitteln hat zu Problemen in der Wasseraufbereitung geführt. Die Landeswasserversorgung in Langenau war gezwungen, Aluminiumsulfat als Alternative zu Eisenchloridsulfat zu untersuchen. Laborversuche wurden durchgeführt, um für die bestehende Flockungssedimentationsanlage optimale Betriebsparameter auszuloten. Eine Dosis von 5 bis 6 mg/L Al3+ mit resultierenden pH-Werten von 7,3 bis 7,4 lieferte gute Ergebnisse. Im großtechnischen Versuch verlief der Wechsel auf Aluminiumsulfat erfolgreich, ein „Plan B“ für die Zukunft liegt nun vor.
Die Trinkwasserversorgung ist von der Stromversorgung abhängig, da elektrische Energie für den Betrieb der Anlagen und Ausrüstungen benötigt wird. Können die betreffenden Wasserversorgungsanlagen im Falle einer Unterbrechung der Elektroenergieversorgung nicht mit Notstromanlagen versorgt werden, endet die leitungsgebundene Versorgung mit Trinkwasser. Für den Betrieb der Netzersatzanlagen wird Treibstoff benötigt, der in ausreichender Menge vorgehalten werden muss. Die Vorhaltung kann durch eine Betriebstankstelle abgesichert werden. Zur Errichtung der Anlagen müssen diverse Rahmenbedingungen und Anforderungen identifiziert und berücksichtigt werden. Welche das sind und wie Umsetzung erfolgt, wird im nachfolgenden Beitrag am Modellprojekt „Errichtung einer Betriebstankstelle zur Dieselbevorratung“ erläutert. Die beschriebenen Arbeitsschritte sind in einer Checkliste zusammengefasst. Ergänzend werden Formeln und ein Excel-Tool für die Dieselbedarfsermittlung bereitgestellt.
Die Spurenstoffelimination auf Kläranlagen soll mit der anstehenden Novellierung der kommunalen EU-Abwasserrichtlinie (UWWTD) verankert werden. Parallel strebt die Stadt Bremen an, die Eintragspfade von 59 Spurenstoffen und deren Verhalten im Stadtgebiet zu untersuchen. Die Ergebnisse des „Messprogramms Spurenstoffe“ berücksichtigen aktuelle Umweltqualitätsnormen der Oberflächengewässerverordnung für das Gewässer Weser und mögliche Anforderungen aus der UWWTD. Dabei wurde der Einfluss des Einleitpfads Kläranlage aufgezeigt und eine Grundlage für die Umsetzung der künftigen UWWTD geschaffen.
Aufbauend auf Neumessungen zu den Kennzahlen des Arbeitsblatts W 410 und anderen empirischen Arbeiten werden methodische Zugänge vorgestellt, die für die Ermittlungen von Potenzialen zur häuslichen Trinkwassersubstitution verwendet werden können; aus der Diskussion von sich zeigenden Limitationen ergibt sich Forschungs- und Entwicklungsbedarf sowohl im Bereich der genaueren Ermittlung innerhäuslicher Tagesverbräuche als insbesondere auch der Außennutzungen, wo neben die nur bedingt über bundesweite Durchschnitte ermittelbare Bewässerung andere Nutzungen wie Gartenpools treten können.
Für die Nachrüstung von Großkläranlagen mit erhöhten Stickstoffanforderungen wurde ein bewährtes Verfahren modifiziert. Die Rest-Stickstoff-Elimination erfolgt in einer nachgeschalteten Stufe und behandelt das bereits gereinigte Abwasser im Bypass mit Hilfe der Wirbelschwebebett-Technologie. Nitratstickstoff-Konzentrationen von 10 mg/l im Zulauf zur nachgeschalteten Stufe werden dabei um bis zu 90% eliminiert (= 1 - 2 mgNO3-N/L im Ablauf). Basierend auf dem vierjährigen Betrieb einer Pilotanlage und mehrerer Laboranlagen im halbtechnischen Maßstab wurde das Verfahren weiterentwickelt und getestet. Die vorliegende Studie befasst sich insbesondere mit dem Einfluss der hydraulischen Verweilzeit auf die gezielte Rest-Stickstoff-Elimination und deren Auswirkung auf die Rest-CSB-Konzentrationen im Ablauf. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für die praktische Anwendung des modifizierten Verfahrens zur effizienten Abwasserreinigung und geben Hinweise für die Dimensionierung entsprechender Anlagen für den Einsatz im Ablauf großer Kläranlagen.
Ressourcenorientierte Sanitärsysteme stellen mit der separaten Erfassung und Verwertung von häuslichen Abwasserteilströmen, wie Grau- und Schwarzwasser, einen geeigneten Lösungsansatz dar, um die Leistungsfähigkeit der Abwasserentsorgung zu bewahren und Stadtquartiere ökologisch nachhaltiger zu gestalten. Für die erforderliche Nutzendenakzeptanz hinsichtlich der Bewirtschaftung des aus der Toilette stammenden Schwarzwassers liegen bisher jedoch kaum empirische Erkenntnisse vor. An dieser Forschungslücke setzt der vorliegende Beitrag an, indem die Erkenntnisse eines Fragebogens (nF = 63) und geführten Interviews (nG = 31) mit Bewohnenden der in Hamburg gelegenen Jenfelder Au vorgestellt werden. Im Ergebnis kann von einer positiven Wahrnehmung der implementierten Schwarzwasserbewirtschaftung berichtet werden. Gleichwohl treten Herausforderungen auf, die im Sinne einer breiteren Systemeinführung berücksichtigt werden sollten.
Zur Sicherstellung der Wasserversorgung, insbesondere in Not- und Krisenfällen, ist ein Ausbau der Verbundmöglichkeiten von Wasserversorgungssystemen sinnvoll. Die Bemessung der technischen Anlagen unterliegt anderen Systembedingungen gegenüber dem Normalbetrieb. So können die erforderlichen Fördermengen deutlich abweichen. Der Artikel beschreibt die Dimensionierung eines Zwischenpumpwerkes unter Beachtung des Ausbaus von Verbundmöglichkeiten zur Erhöhung der Resilienz der öffentlichen Wasserversorgung.
Bei der biologischen Wasserreinigung werden die Schadstoffmoleküle mit Hilfe von Enzymen abgebaut. Der Prozess kann in zwei aufeinander folgende Teilprozesse unterteilt werden. Die Trennung basiert auf den Phänomenen außerhalb des Biofilms und innerhalb des Biofilms. Außerhalb des Biofilms ist der Stofftransport der dominierende Faktor. Im Inneren des Biofilms herrschen die Gesetze der Biochemie. Eine Verbesserung der Bedingungen für die Verschlechterung ist möglich, indem die Parameter der Beziehungen, die das Phänomen beschreiben, manipuliert werden. Insbesondere kann die Nährstoffversorgung von Biofilmen kontrolliert werden. Der quantitative Zustand der Nährstoffversorgung wird durch die Pe-Zahl (Peclet) charakterisiert, deren optimaler Wert bei Pe = 1 liegt. Bei der Partikelfiltration ist Pe = 10 der typische Wert, bei der biologischen Filtration unter künstlichen Bedingungen können jedoch um Größenordnungen höhere Werte erreicht werden. Die Abwasserbehandlung ist einer der Prozesse mit einem hohen Pe-Zahl. Bei der Verbesserung der Effizienz der Abwasserreinigung besteht das Ziel der Maßnahmen darin, den Pe-Zahl zu senken. Derzeit gibt es kaum Möglichkeiten, das Geschehen innerhalb des Biofilms zu beeinflussen. Aber diese spontanen Prozesse sind ein wichtiger Bestandteil der biologischen Wasserreinigung.
