Das Kanalnetz in Deutschland weist einen hohen Sanierungsbedarf auf. Damit rückt die Reduktion von Treibhausgasemissionen auch in der Sanierungsplanung zunehmend in den Fokus. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer ökobilanzbasierten Methodik zur abschätzenden Bewertung des Treibhauspotenzials von Kanalsanierungsverfahren. Dafür integriert sie verfahrensspezifische CO2e-Faktoren als skalierbare Kennwerte für strategische Planungsprozesse. Die Methodik wurde iterativ entwickelt, auf Grundlage von Erkenntnissen aus der Literatur zur sektorübergreifenden Entwicklung von Emissionsfaktoren und der Bilanzierung realer Sanierungsmaßnahmen. Sie sieht die Bilanzierung repräsentativer Sanierungsmaßnahmen gemäß DIN EN ISO 14040/44 vor, wobei Leistungsverzeichnisse als Primärdaten in eine modular strukturierte Sachbilanz überführt werden. Die modulspezifischen Emissionen (in kg CO2e/m sanierter Kanal) werden abhängig von ihrem Beitrag zum Gesamttreibhauspotenzial und dessen Korrelation mit der Nennweite differenziert in CO2e-Faktoren überführt: (A) rein nennweitenabhängig, (B) mit zusätzlichen Parametern oder (C) als pauschale Durchschnittswerte. Die resultierenden Faktoren können aggregiert und über die Sanierungslänge skaliert werden. Die Anwendbarkeit der Methodik wurde anhand von sieben Sanierungsmaßnahmen der Berliner Wasserbetriebe demonstriert: fünf Maßnahmen zur Erneuerung in offener Bauweise sowie je eine zur geschlossenen Bauweise mit Pipe Eating und zur Renovierung mittels Schlauchlining. Die Bilanzierung erfolgte mithilfe eines erweiterten Tools zur Modellierung von Scope-3-Emissionen im Kanalbau. Für die offene Bauweise konnten Skalierungszusammenhänge zur Ableitung von CO2e-Faktoren analysiert werden: Für die Haupttreiber Rohre, Verbau und Boden zeigte sich eine gute Skalierbarkeit über die Nennweite, während bei Straßenarbeiten zusätzliche Parameter des Straßenaufbaus berücksichtigt werden mussten. Die Emissionen der Schachtsanierung erwiesen sich als nicht-skalierbare Einzelgröße und wurden, genauso wie die emissionsärmeren Nebenmodule, als pauschaler Durchschnittswert erfasst. Beim Schlauchlining ermöglichte die Nutzung einer Umweltproduktdeklaration eine kontinuierliche Skalierung der Emissionen in Abhängigkeit vom Materialbedarf bzw. der Nennweite. Die entwickelte Methodik bietet einen praxistauglichen Ansatz zur Abschätzung von Klimawirkungen verschiedener Sanierungsstrategien. Durch Erweiterung der Datengrundlage kann sie perspektivisch belastbare CO2e-Faktoren hervorbringen. Damit leistet die Arbeit einen Beitrag zur Integration ökologischer Kriterien in die strategische Sanierungsplanung.

This bachelor thesis examines the influence of precipitation events and urban stormwater runoff on the concentrations of persistent and mobile substances (PM) in Berlin's surface waters. The analysis includes concentrations of 69 substances from four substance groups (VOCs, PAHs, PFAS, pesticides) that were recorded at 24 surface water sampling sites. Using precipitation data from 32 locations in Berlin, the concentrations were categorized according to dry weather, rain, and heavy rain influence. Statistical analyses for comparing these categories were performed using the Kruskal-Wallis and Dunn tests. Additionally, the concentrations in the surface waters were compared to those in Berlin's stormwater runoff using box-whisker plots.

13 of the investigated substances show significantly higher concentrations during rainfall or heavy rain events. This can be attributed to the input of these substances into surface waters through rainwater runoff. Particularly PAHs show notable concentration increases in Berlin's surface waters during precipitation events. PFOA and PFOS, two representatives of the PFAS group, exhibit a more complex behavior pattern depending on precipitation events. During light rainfall, their concentrations in surface waters decrease, while heavy rain events lead to increased concentrations. For pesticides and VOCs, the results are less conclusive, partly due to limited data availability.

This analysis provides valuable insights into the transport of various substance groups within the urban water cycle. The findings expand the scientific basis for developing targeted protection measures for urban waters.

Die Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser zur landwirtschaftlichen Bewässerung ist eine vielversprechende Lösung, um die landwirtschaftliche Produktivität in Zeiten des Klimawandels zu erhalten. Allerdings sind mit dieser Praxis auch Umweltrisiken verbunden, da gereinigtes Abwasser, Rückstände von Krankheitserregern und Schadstoffen, darunter vor allem Spurenstoffen enthalten kann. Eine weitergehende Abwasserreinigung ist daher entscheidend, um potentielle Risiken zu minimieren. Forschungsprojekte wie FlexTreat arbeiten an technischen Lösungen zur sicheren Wasserwiederverwendung. Diese Szenarienanalyse zeigt, dass die Bewässerungsmenge und die Art der Abwasserbehandlung wesentliche Faktoren für den Eintrag von Spurenstoffen ins Grundwasser sind. Eine bedarfsgerechte Bewässerung während der Vegetationsperiode kann die benötigte Wassermenge reduzieren und den Spurenstoffeintrag in das Grundwasser verringern. Zusätzlich kann eine höhere Bewässerungsfrequenz den Spurenstoffeintrag weiter reduzieren, wobei sich die Summe der verwendeten Bewässerungsmenge nicht erhöht. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung von Managementansätzen, die sowohl technische Lösungen als auch angepasste Bewässerungspraktiken umfassen, um eine sichere Wasserwiederverwendung zu gewährleisten und Grundwasserbelastungen zu minimieren.

A new generation of integrated fixed-film activated sludge (IFAS) systems, merging the biofilm of the root zone from aquatic plants into the activated sludgeprocess, has increasingly gained attention in recent years as a potential alternative to conventional wastewater treatment systems. However, there is a lack of understanding of the broader environmental impact of this emerging technology and how it compares to traditional concepts of wastewater treatment. In this research, we address this gap by conducting a comparative Life Cycle Assessment (LCA) with three reference scenarios, based on design simulations in seven midpoint impact categories. The entire novel wastewater treatment system at a small to medium-sized brewery in the Netherlands, including sludge disposal, resulted in net values of 29.2 MJ, 1.9 kg CO2-eq., 3.4 g  OX-eq., 0.1 mg CFC11- eq., 4.0 g SO2-eq., 0.3 g P-eq., and 1.9 N-eq. per m3 wastewater treated, under categories CED, GWP, POFP, ODP, TAP, FEP, and MEP, respectively. Compared to aerated SBR systems, the new system demonstrated higher environmental burdens in CED (120%), GWP (122%), POFP (125%), ODP (123%), and TAP (133%). This study provides evidence that these impacts on the environment mainly depend on the technology’s current electricity demand, while additional improvements can also be achieved by lowering the chemical and nutrient demand of the system. The comparison to a potential anaerobic treatment opportunity for the brewery wastewater with an EGSB reactor, exacerbated the previously identified shortcomings of the new technology, since the crediting of biogas allowed a complete offset of the total environmental impact measured by the GWP, CED, and ODP. Our findings suggest that additional water recovery concepts with subsequent nanofiltration systems, aimed at preserving natural water resources, may offer no competitive advantage for the GWP, CED, POFP, OPD, and TAP, if the electricity demand (1.17 kWh per provided m3 reused water) surpasses the benefit of water reuse. However, it is important to note that the new technologies provide their own set of benefits, such as a reduced impact on freshwater and marine eutrophication, due to the high  nutrient uptake capability. Our research provides implications for practitioners and researchers seeking to understand the environmental impact associated with plant root equipped IFAS, while implicit design assumptions may limit the ability to generalise findings on real-world scenarios.

Durch eine mehrstufige Behandlung von Biomasse unter Luftabschluss, kommt es in Biogasanlagen zur Produktion von Biogas. Als Nebenprodukt entstehen dabei ebenso Biogasgärreste, welche durch die stoffliche Zusammensetzung hochwertiges Düngemittel darstellen. Eine verbesserte Gärrestenutzung kann zur Steigerung des Nährstoffmanagements führen. Der wichtigste Nährstoff für Nutzpflanzen ist Stickstoff. Deshalb macht es Sinn Ammoniumstickstoff aus Abwässern, Gülle und anderen Gärresten zurückzugewinnen. Eine Möglichkeit ist die sogenannte AmmoniakStrippung. In der Nachbehandlung wird Ammoniumstickstoff in einem Gaswäscher erneut aufkonzentriert und somit das Ammoniak in wieder verwertbarer Form zurückgewonnen. Um die Inbetriebnahme eines Gaswäschers zu realisieren, wurde ein Messprogramm erstellt. Durch sieben Versuchsreihen und einer Variation von Stellparametern wurden zunächst die Eliminationsraten in einer Stripp-Kolonne betrachtet. Des Weiteren wurde die Anreicherung im Gegenstromverfahren durch absorptive Prozesse von Ammoniumstickstoff und Kohlenstoffdioxid in einem Gaswäscher bilanziert und durch Gegenüberstellung der Verfahren Auswertungen hinsichtlich der quantitativen Rückgewinnung erzielt. Außerdem wurde als Optimierungsoption eine theoretische Kolonnenauslegung betrachtet. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Bestimmung der Füllkörperhöhe und des nassen Druckverlusts. Weiterhin wurden auf Basis dieser Ergebnisse Untersuchungen zu unterschiedlichen Füllkörpermaterialien durchgeführt.

Um die Trennleistung einer Vakuumentgasungsanlage zu optimieren, wurde mit dem Einsatz von Füllkörpern der Ammoniumstickstoffanteil von separiertem Gärrest im Gegenstromverfahren mit Strippluft abgereichert. Drei Füllkörperarten unterschiedlicher Hersteller wurden bei gleichen Betriebsbedingungen untersucht. Die Effizienz konnte so bei einer stabilen Prozessführung gesteigert werden. Außerdem wurde eine theoretische Kolonnenauslegung durchgeführt, die die Bestimmung der Füllkörperhöhe und des nassen Druckverlusts umfasste. Aus diesen Ergebnissen lassen sich Vorhersagen hinsichtlich der Ausgangskonzentrationen von Ammoniumstickstoff prognostizieren. Aus den Experimenten und der theoretischen Kolonnenauslegung konnte eine optimierte Anlagenkonfiguration abgeleitet werden.

Technical nitrogen (N) recovery from biogas digestate via vacuum degasification (VD) of ammonia is an important task with regards to environmental issues and economic reasons. There has not yet been much research on VD, but compared to conventional stripping methods energy costs might be reduced. In the frame of the EU project ”Circular Agronomics” a VD pilot plant for N recovery from biogas digestate was built. This study aims on optimizing the pilot plant with special regards to the scrubber, where the N fertilizer is formed. The plant was operated at 310 mbar absolute pressure, 150 L · h−1 recirculation rate and 35 kg total water mass. Two different conditions were examined: condition 1) 70◦C, gas to liquid ratio (G/L) 20:1, pH 9 and condition 2) 50◦C, G/L 33:1, pH 10. A total ammonium nitrogen (TAN) elimination of 93% for condition 1 and 73% for condition 2 was achieved. Conducting the experiments a high amount of water was evaporated (25% for condition 1 and 5% for condition 2). The high water evaporation leads to a low TAN/water ratio in the gas stream of 0.4−1.2 (condition 1) and 1.6−2.8 mol · L−1 (condition 2) respectively. A low TAN/water ratio is disadvantageous, as it results in a dilution of the N fertilizer, that is being formed in the subsequent scrubber. Besides, it was found, that the plant loses high amounts of energy in form of latent heat due to water evaporation and requires more favorable energy recovery.