Granular Natural Zeolites: Cost-Effective Adsorbents for the Removal of Ammonium from Drinking Water

Increasing food demand has resulted in an ever increasing demand for nitrogen fertilizers. Ammonium is the main constituent of these fertilizers and is a threat to aquatic environments around the world. With a focus on the treatment of drinking water, the scope of this study was to investigate the influence of key parameters on the suitability of granular natural zeolites as adsorbents for ammonium. Sorption experiments were performed in artificial matrices by varying the grain size, contact time, ammonium concentration, pH, content of competing ions, and regeneration solutions used. Additionally, natural matrices and the point of zero charge (pzc) were investigated. With an initial ammonium concentration of 10 mgN/L, the grain size was shown to have no significant effect on the sorption efficiency (97–98%). The experimental data obtained was best described by the Langmuir adsorption model (R2 = 0.99). Minor effects on sorption were observed at different pH values and in the presence of competing anions. In addition, the pHPZC was determined to be between pH 6.24 and pH 6.47. Potassium ions were shown to be better than sodium ions for the regeneration of previously loaded zeolites, potassium is also the main competitor to ammonium sorption. The use of tap, bank filtrate, river, and groundwater matrices decreased the ammonium sorption capacity of granular natural zeolites by up to 8%. Based on our results, granular natural zeolites are promising cost-effective adsorbents for drinking water treatment, especially in threshold and developing countries

Granular Natural Zeolites: Cost-Effective Adsorbents for the Removal of Ammonium from Drinking Water

Increasing food demand has resulted in an ever increasing demand for nitrogen fertilizers. Ammonium is the main constituent of these fertilizers and is a threat to aquatic environments around the world. With a focus on the treatment of drinking water, the scope of this study was to investigate the influence of key parameters on the suitability of granular natural zeolites as adsorbents for ammonium. Sorption experiments were performed in artificial matrices by varying the grain size, contact time, ammonium concentration, pH, content of competing ions, and regeneration solutions used. Additionally, natural matrices and the point of zero charge (pzc) were investigated. With an initial ammonium concentration of 10 mgN/L, the grain size was shown to have no significant effect on the sorption efficiency (97–98%). The experimental data obtained was best described by the Langmuir adsorption model (R2 = 0.99). Minor effects on sorption were observed at different pH values and in the presence of competing anions. In addition, the pHPZC was determined to be between pH 6.24 and pH 6.47. Potassium ions were shown to be better than sodium ions for the regeneration of previously loaded zeolites, potassium is also the main competitor to ammonium sorption. The use of tap, bank filtrate, river, and groundwater matrices decreased the ammonium sorption capacity of granular natural zeolites by up to 8%. Based on our results, granular natural zeolites are promising cost-effective adsorbents for drinking water treatment, especially in threshold and developing countries

Natural Zeolites for the Sorption of Ammonium: Breakthrough Curve Evaluation and Modeling

The excessive use of ammonium fertilizer and its associated leakage threatens aquatic environments around the world. With a focus on the treatment of drinking water, the scope of this study was to evaluate and model the breakthrough curves for NH4+ in zeolite-filled, fixed-bed columns. Breakthrough experiments were performed in single- and multi-sorbate systems with the initial K+ and NH4+ concentrations set to 0.7 mmol/L. Breakthrough curves were successfully modeled by applying the linear driving force (LDF) and Thomas models. Batch experiments revealed that a good description of NH4+ sorption was provided by the Freundlich sorption model (R2 = 0.99), while unfavorable sorption was determined for K+ (nF = 2.19). Intraparticle diffusion was identified as the rate limiting step for NH4+ and K+ during breakthrough. Compared to ultrapure water, the use of tap, river, and groundwater matrices decreased the treated bed volumes by between 25% and 69%—as measured at a NH4+ breakthrough level of 50%. The concentrations of K+ and of dissolved organic carbon (DOC) were identified as the main parameters that determine NH4+ sorption in zeolite-filled, fixed-bed columns. Based on our results, the LDF and Thomas models are promising tools to predict the breakthrough curves of NH4+ in zeolite-filled, fixed-bed columns

A Water Quality Appraisal of Some Existing and Potential Riverbank Filtration Sites in India

There is a nationwide need among policy and decision makers and drinking water supply engineers in India to obtain an initial assessment of water quality parameters for the selection and subsequent development of new riverbank filtration (RBF) sites. Consequently, a snapshot screening of organic and inorganic water quality parameters, including major ions, inorganic trace elements, dissolved organic carbon (DOC), and 49 mainly polar organic micropollutants (OMPs) was conducted at 21 different locations across India during the monsoon in June–July 2013 and the dry non-monsoon period in May–June 2014. At most existing RBF sites in Uttarakhand, Jammu, Jharkhand, Andhra Pradesh, and Bihar, surface and RBF water quality was generally good with respect to most inorganic parameters and organic parameters when compared to Indian and World Health Organization drinking water standards. Although the surface water quality of the Yamuna River in and downstream of Delhi was poor, removals of DOC and OMPs of 50% and 13%–99%, respectively, were observed by RBF, thereby rendering it a vital pre-treatment step for drinking water production. The data provided a forecast of the water quality for subsequent investigations, expected environmental and human health risks, and the planning of new RBF systems in India

Portable Analyzer for On-Site Determination of Dissolved Organic Carbon — Development and Field Testing

Dissolved organic carbon (DOC) is a sum parameter that is frequently used in water analytics. Highly resolved and accurate DOC data are necessary, for instance, for water quality monitoring and for the evaluation of the efficiency of treatment processes. The conventional DOC determination methods consist of on-site sampling and subsequent analysis in a stationary device in a laboratory. However, especially in regions where no or only poorly equipped laboratories are available, this method bears the risk of getting erroneous results. For this reason, the objective of the present study was to set up a reliable and portable DOC analyzer for on-site analysis. The presented DOC system is equipped with an electrolysis-based decomposition cell with boron-doped diamond electrodes (BDD) that oxidizes the organic compounds to carbon dioxide. Within this study, the influence of different electrode materials and the composition of the applied electrolytes on the DOC decomposition in an undivided electrolytic cell were systematically investigated. Furthermore, some technical aspects of the portable prototype are discussed. After a detailed validation, the prototype was used in an ongoing monitoring program in Northern India. The limit of detection is 0.1 mg L−1 C with a relative standard deviation of 2.3% in a linear range up to 1000 mg L C−1. The key features of the portable DOC analyzer are: No need for ultra-pure gases, catalysts or burning technology, an analyzing time per sample below 5 min, and a reliable on-site DOC determination

Assessment of the retardation of selected herbicides onto Danube sediment based on small column tests

Purpose: This study utilizes column tests to investigate the retardation of certain herbicides with different hydrophobicities (atrazine, alachlor and trifluralin) during transport through surface Danube sediment. The influence of water matrix on the retardation factor Rd and Freundlich constant Kf is investigated. The results are compared with batch tests to establish whether different methodologies result in similar or different conclusions. Materials and methods: A stainless steel column was filled with natural Danube sediment. Three water matrices were investigated: synthetic, Danube surface, and deep groundwater rich in natural organic matter (NOM). The goal was to examine whether different water matrices would result in changes in the Rd and corresponding Kf values. After a tracer experiment, single herbicide solutions were tested in the three water matrices. Herbicides were analyzed by gas chromatography coupled with electron capture detector (GC/ECD). Retardation factors obtained in the column experiments were calculated using Transmod software (version 2.2). The Kf values calculated were compared with the values obtained in previous batch experiments. Results and discussion: A breakthrough curve (BTC) for trifluralin could not be obtained during the experiment. Atrazine Rd values were almost the same in the natural matrices (54 and 55 for the ground and surface waters, respectively), and lower in the synthetic water (40). Alachlor Rd values in the three water matrices were very similar (30–35). The corresponding Kf values for alachlor (8.47–17.4) were lower than those of atrazine (13.5–27.9). These results differ from those obtained by earlier batch tests, which showed similar Kf values for both atrazine (4.4–9.2) and alachlor (4.43–10.35) in all three matrices. In contrast to the results observed during the batch tests, the column tests exhibited higher Kf values in the natural water matrices than the synthetic water, possibly due to the influence of dissolved organic carbon on herbicide sorption. Conclusions: Of the three herbicides investigated, the smallest retardation was observed for alachlor. This was unexpected given the relative hydrophobicities of alachlor and atrazine. The potential risk of transport through the sediment may therefore be greater for alachlor than the other two herbicides. This was indicated neither by the batch tests nor from the Koc–Kow estimations. Both herbicides exhibited similar Kd and Kf values in the batch tests, and lower values in the natural water matrices. In comparison, the column tests showed higher Kf values, with higher values in the natural matrices than in the synthetic water matrix

Identification and Expression Analyses of Putative Sesquiterpene Synthase Genes in Phormidium sp. and Prevalence of geoA-Like Genes in a Drinking Water Reservoir▿

The occurrence of taste and odor problems in drinking water supplies is a widespread phenomenon. From a Saxonian water reservoir we isolated a cyanobacterial species which was classified as Phormidium sp. Under laboratory conditions it produced an earthy-musty smell due to the synthesis of geosmin. The only genes shown to be involved in geosmin biosynthesis are cyc2 and geoA of Streptomyces. Based on the alignment of Cyc2 with a putative sesquiterpene synthase of Nostoc punctiforme, a degenerate primer pair was designed. By PCR, we could amplify two similar genes in Phormidium sp., which we named geoA1 and geoA2. Their expression was studied by reverse transcription-PCR. This revealed that both genes are expressed at 20°C and a light-dark cycle of 12 h. Expression was not detectable at the end of a 24-h dark period. To analyze the prevalence of geoA1 and geoA2 in samples from the phytobenthos, we generated PCR fragments with the same degenerate primer pair. Fifty-five different sequences that might represent geoA variants were obtained. The GC content ranged from 42% to 67%, suggesting that taxonomically very different bacteria might contain such genes

Behavior of Organic Micropollutants During River Bank Filtration in Budapest, Hungary

This paper summarizes results from a half-year sampling campaign in Budapest, when Danube River water and bank filtrate were analyzed for 36 emerging micropollutants. Twelve micropollutants were detected regularly in both river water and bank filtrate. Bisphenol A, carbamazepine, and sulfamethoxazole showed low removal (<20%) during bank filtration on Szentendre Island and Csepel island, whereas 1H-benzotriazole, tolyltriazole, diclofenac, cefepime, iomeprol, metazachlor, and acesulfame showed medium to high removal rates of up to 78%. The concentration range in bank filtrate was much lower compared to river water, proving the equilibration effect of bank filtration for water quality

MikroModell: Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emissionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität: Schlußbericht

Das Forschungsvorhaben “Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emis-sionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“ (MikroModell) wurde im Zeitraum von Oktober 2015 bis Juni 2020 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, dem Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (heute Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft) sowie der Gelsenwasser AG gefördert. An dem interdisziplinären Projektkonsortium waren ne-ben den Betreibern der Abwassersysteme und -anlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen Wissenschaftler:innen aus den Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft, Hydrobiologie, Ökotoxikologie, Wasserchemie, Umweltökonomie, Pharmakologie an der Technischen Universität Dresden sowie des Wirtschafts- und Regulierungsrechts an der Technischen Univer-sität Bergakademie Freiberg beteiligt. In MikroModell wurde anhand unterschiedlich dicht besiedelter sächsischer Regionen untersucht, welche Verbesserungen der Gewässerqualität durch technologische Maßnahmen im Abwassersystem, durch Reduktionsmaßnahmen an der Quelle und in der Anwendung, durch rechtliche Steuerungsmaßnahmen auf EU-, Bundes- und Landesebene sowie durch Aktivitäten im Rahmen einer regional fokussierten Öffentlichkeitsarbeit erzielt werden können, um so eine effiziente und nachhaltige Entwicklung zu befördern. Dazu wurden sowohl Substanzen der Liste prioritärer Stoffe als auch weitere Spurenstoffe an Hand verfügbarer Umweltqualitätsnormen (UQN) bewertet. Der Bericht ist in zwei Teilen organisiert. Teil A beinhaltet den Handlungsleitfaden und richtet sich an Entscheidungsträger und Betreiberorganisationen, beschreibt also die praxisrelevanten Folgerungen aus den Untersuchungen. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen und die Untersuchungsmethoden detailliert erläutert sowie ausgewählte Ergebnisse diskutiert. In Teil A wird eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung der Relevanz von ab-wasserbürtigen Mikroschadstoffen und zur Entscheidungsfindung bzgl. Optionen zur Reduktion der Gewässerbelastung mit Mikroschadstoffen vorgestellt (Kapitel A-2). Die Durchführungsempfehlung ist in einem Prozessschema zusammengefasst, das die Maß-nahmenfindung als gemeinsamen Weg von Aufgabenträgern und Behörden beschreibt. Grundlage für die Bewertung der aktuellen Situation bildet die Auswertung der Gewäs-sergütedaten des LfULG (2009 – 2018) und zweier 21-Tage Monitoringkampagnen an den Kläranlagen-Standorten Dresden, Chemnitz und Plauen. IX Die Auswirkungen von Maßnahmen im technologischen Bereich und an der Quelle werden mittels Stoffflussmodellierung aufgezeigt. In Teil A werden dazu Simulationsergebnisse für Dresden, Chemnitz und Plauen herangezogen, die zeigen, dass sich für unter-schiedliche Einzugsgebiete und Stoffe unterschiedliche Maßnahmen als effektiv erweisen (Kapitel A-3). Darüber hinaus erweist sich auch die Definition der Zielgrößen als maßge-bend für die Priorisierung von Maßnahmen. Es gilt den Diskurs dazu anzustoßen. Neben konkreten technologischen Handlungsoptionen und Bewirtschaftungsansätzen an der Quelle werden auch rechtliche Handlungsoptionen in die Betrachtung miteinbezogen (Kapitel A-4). Um die Verwendungen und den Eintrag von Mikroschadstoffen aus Pflan-zenschutzmitteln, Arzneimitteln sowie Industrie- und Haushaltschemikalien mittel- und langfristig zu vermindern, wurden konkrete Empfehlungen zur Anwendung bzw. zu Anpassungen in den Bereichen des Wasser-, Arzneimittel- (Human- & Tierarzneimittelrecht), Chemikalien-, Düngemittel-, Pflanzenschutz- und Biozidrechts herausgearbeitet. Schließlich werden flankierende Aktivitäten zur Information ausgewählter Multiplikatoren und zur Aufklärung der Öffentlichkeit als unerlässlich erkannt und beschrieben (Kapitel A-5). Neben Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger wurden insbesondere Kommunikationsveranstaltungen mit Ärzten und Apothekern durchgeführt. Dabei wurde zielgerichtet ein Verständnis für den nachhaltigen Einsatz und die gesicherte Entsorgung von Arzneimitteln vermittelt und allgemein das Bewusstsein geschärft, dass verschriebene Wirksubstanzen als solche oder metabolisiert/transformiert im Abwasser und ggf. im Gewässer wiederzufinden sind. Die Zusammenarbeit mit der Ärzteschaft erscheint nicht nur als zentraler Baustein zukunftsgerichteten Handelns wichtig, sondern wird auch als erfolgsversprechend angesehen. Der in Teil A vorgestellte Handlungsleitfaden vermittelt letztlich keine absolute Priorisierung von Handlungsoptionen, da sich für unterschiedliche Zielsetzungen und unter-schiedliche Bedingungen eine veränderte Priorisierung ergibt. Es wird aber der Weg hin zur Identifikation der unter den gegebenen Bedingungen besten Handlungsoption bzw. einer erfolgsversprechenden Kombination von Handlungsoptionen aufgezeigt. Dieses systematische Vorgehen wurde zwar am Beispiel von drei Pilotgebieten durchgespielt und für Sachsen flächendeckend aufbereitet, ist aber letztlich übertragbar auf andere Gebiete Deutschlands oder Europas. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen sowie ausgewählte Ergebnisse des Projektes erläutert – sofern sie nicht schon in Teil A, den Handlungsleitfaden, eingeflossen sind (siehe den rechtlichen Handlungsrahmen sowie die Empfehlungen für die Öffentlich-keitsarbeit). Teil B ist in drei Kapitel unterteilt: Monitoring und Untersuchungen vor Ort (Kapitel B-1), Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen (Kapitel B-2), Er-stellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells sowie die Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Modells (Kapitel B-3). X Kapitel B-1 umfasst das methodische Vorgehen zur Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an allen drei Standorten sowie eine Bewertung der Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen. Die Ergebnisse der vier Moni-toringkampagnen, die mit kombinierten chemischen und ökotoxikologischen Analysen verbunden waren, werden zusammengefasst und ergänzende Untersuchungen zur Bewertung der Mischwasserentlastungen erläutert. Die in Kapitel B-2 beschriebenen Untersuchungen zu Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen beinhalten neben einer Übersicht zu den Kosten einer 4. Reinigungs-stufe die Bewertung verschiedener Verfahren zur Elimination von Spurenstoffen (Pulverak-tivkohle, Ozonierung und Sandfiltration) auf Grundlage von Laborversuchen. Zudem werden die Einträge industrieller und gewerblicher Einleiter in die Kanalnetze der Modellre-gionen und schließlich die Möglichkeiten von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen auf Grundlage einer Literaturrecherche sowie von Experteninterviews mit verschiedenen Akteuren und Multiplikatoren bewertet. In Kapitel B-3 werden die Methoden zur Verschneidung der verschiedensten verfügbaren Informationen zur Stoffflussmodellierung beschrieben. Die verfügbaren, auf 186 vierstellige Postleitzahlbereiche bezogenen Daten zur Medikamentenverschreibung werden mit den 429 Gemeinden verschnitten, die Bevölkerung wird den Kläranlagen zugeordnet, die Kläranlagenabläufe müssen an den Fließgewässern verortet werden und sämtliche vom Land verfügbaren Informationen von Abfluss- und Qualitätsmessstellen müssen derart prozessiert werden, dass sie mit den modellierten Kläranlagenablaufwerten sinnvoll kombiniert werden können. Schließlich erfolgt die Kalibrierung und Validierung sowie die Anwendung des Stoffflussmodells zur Untersuchung von Entwicklungsszenarien und Handlungsoptionen. Die methodischen Grundlagen sind damit für eine erweiterte Anwendung und eine Übertragung auf andere Gebiete gegeben.:Inhaltsverzeichnis Teil A 1. Einführung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielstellung 1.3 Untersuchungsstandorte und –regionen 1.4 Betrachtete Substanzgruppen und Substanzen 1.5 Struktur des Projektes und des Schlussberichtes 2. Durchführungsempfehlung zur Bewertung von Mikroschadstoffen und Maßnahmen zur Reduktion 2.1 Einführung 2.2 Methode und Zielgruppen 2.3 Übersicht des Prozessschemas 2.4 Erläuterungen zur Vorgehensweise und Anwendung 2.4.1 Erarbeitung der Entscheidungsgrundlagen 2.4.1.1Politik/Gesetzgebung 2.4.1.2 Beschreibung des Ist-Zustandes des Umfelds 2.4.1.3 Methoden und Werkzeuge zur Entscheidungsfindung 2.4.2 Prüfungen zur Entscheidungsfindung 2.4.2.1 Voraussetzungen für die Bedarfsprüfung 2.4.2.2 Bedarfsprüfung (Defizitanalyse) 2.4.2.3 Ursachenfindung 2.4.2.4 Prozessabschluss 2.4.3 Umsetzung 2.4.3.1 Maßnahmenprüfung 2.4.3.2 Bewertung der Planungsgrundlage 2.4.3.3 Maßnahmenplanung und –umsetzung 2.4.4 Detailschema zur Umsetzung – Auswahl von Maßnahmen 2.5 Anpassungen und Ausblick 2.5.1 Überarbeitungen des Leitfadens 2.5.2 Offene Fragestellungen und Forschungsbedarf 2.6 Zusammenfassende Empfehlungen 2.7 Anwendung des Prozessschemas auf die drei Untersuchungsgebiete 2.7.1 Einführende Erläuterungen 2.7.2 Lage der ausgewerteten Chemikalien-Messdaten 2.7.3 Ist-Zustand als Entscheidungsgrundlage (Datenauswertung) 2.7.3.1 Auswertungen der UQN-Überschreitungen von LfULG-Daten 2.7.3.2 Fazit aus den Daten des LfULG 2.7.3.3 Auswertungen der UQN-Überschreitungen aus dem 3. und 4. Monitoring 2.7.3.4 Fazit aus der Auswertung der Daten aus dem Projekt MikroModell 2.7.3.5 Verwendung der ökotoxikologischen Informationen 2.7.4 Weitere Abarbeitung des Schemas 2.7.5 Ergebnis der Bearbeitung 3 Bewertung von Maßnahmen zur Belastungsminderung mit dem Stoffflussmodell für Sachsen 3.1 Einleitung 3.2 Methode und Zielgruppen 3.3 Ergebnisse 3.3.1 Dresden 3.3.2 Chemnitz 3.3.3 Plauen 3.4 Schlussfolgerungen und Ausblick 4 Rechtliche Handlungsrahmen und -empfehlungen 4.1 Methode und Zielgruppen 4.2 Wasserrecht 4.3 Arzneimittelrecht 4.3.1 Humanarzneimittelrecht 4.3.1.1 Derzeitiges Recht 4.3.1.2 Veränderungsvorschläge 4.3.2 Tierarzneimittelrecht 4.4 Chemikalienrecht 4.5 Düngemittelrecht 4.6 Pflanzenschutzrecht 4.7 Biozidrecht 5 Öffentlichkeitsarbeit 5.1 Einführung 5.2 Methode und Zielgruppen 5.2.1 Allgemeine Öffentlichkeit 5.2.2 Bürger im Einzugsgebiet der Betreiber 5.2.3 Kommunalpolitiker und lokale Entsorgungsunternehmen 5.2.4 Institutionen im Gesundheitsbereich wie Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen sowie die Anwendergruppen Ärzte und Apotheker 5.2.5 Landwirte, Tierärzte 5.2.6 Schulen und Kindereinrichtungen, Lehrer 5.3 Zusammenfassung und Empfehlungen 6 Literatur – Teil A 7 Anhang – Teil A Inhaltsverzeichnis Teil B 8 Monitoring und Untersuchungen vor Ort 8.1 Bewertung von Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen 8.1.1 Trendanalyse 8.1.2 Regionale Analyse 8.1.3 Zeitliche und räumliche Muster der Verschreibungsmengen 8.1.3.1 Carbamazepin und Gabapentin 8.1.3.2 Ciprofloxacin und Sulfamethoxazol 8.1.3.3 Erythromycin und Clarithromycin 8.2 Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an den drei Standorten 8.3 Zusammenfassung und Bewertung der Monitoringergebnisse einschließlich Charakterisierung der drei Modellanlagen bzw. Kläranlagenabläufe 8.3.1 Methode der Probenahmekampagnen 8.3.2 Einordnung der Kläranlagen und ihrer Gewässer 8.3.3 Durchführung und Auswertung der chemischen und biologischen Analysen 8.3.4 Einordnung der Spurenstoffelimination der Kläranlagen 8.3.5 Bewertung hinsichtlich der Einhaltung der Umweltqualitätsnormen 8.3.6 Ökotoxikologische Bewertung: effektbasiertes Monitoring der Kläranlagen 8.4 Ergänzende Untersuchung und Bewertung von Mischwasserentlastungen 8.4.1 Hintergrund und Zielstellung 8.4.2 Charakterisierung der Einzugsgebiete und Untersuchungsobjekte 8.4.3 Durchgeführte Untersuchungen 8.4.4 Ausgewählte Ergebnisse der Mischwasserbeprobungen 8.4.4.1 Hydraulische Ereigniskennwerte 8.4.4.2 Stoffliche Ereigniskennwerte (Spurenstoffe) 8.4.4.3 Ökotoxikologische Ereigniskennwerte 8.4.5 Einordnung der erzielten Ergebnisse 9 Reduktionsmaßnahmen 9.1 Literaturrecherche und Umfrage zu Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.1.1 Einführung und Zielstellung 9.1.2 Methodisches Vorgehen 9.1.3 Inhalte der Literatur 9.2 Interviews zu Erfahrungen kommunaler Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe 9.2.1 Methode der Datenerhebung und Ergebnisse der Befragungen 9.2.2 Erfahrungen/Hemmnisse bei Planung, Bau Betrieb einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3 Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3.1 Gebührenveränderung als Folge des Baus einer 4. Reinigungsstufe in Kläranlagen 9.2.3.2 Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung 9.2.4 Fazit 9.3 Laborversuche zur 4. Reinigungsstufe 9.3.1 Einführung 9.3.2 Versuchsaufbau und Durchführung 9.3.2.1 Pulveraktivkohleversuche 9.3.2.2 Versuche zur Ozonbehandlung und Sandfiltration 9.3.3 Angewendete analytische Verfahren 9.3.3.1 Summenparameter – DOC und CSB 9.3.3.2 Spurenstoffanalytik 9.3.3.3 Ökotoxikologische Analyse 9.3.4 Übersicht des durchgeführten Versuchsprogrammes 9.3.5 Ergebnisse der Versuche 9.3.5.1 Eliminationsleistung hinsichtlich der organischen Belastung 9.3.5.2 Eliminationsleistung der verschiedenen Verfahren bezüglich der untersuchten Mikroschadstoffe 9.3.6 Ergebnisse der ökotoxikologischen Biotests (effektbasierte Methoden) nach den verschiedenen Abwasserbehandlungen 9.3.6.1 Ökotoxikologische Untersuchung der nativen Abwasserproben 9.3.6.2 Ökotoxikologische Untersuchung der angereicherten Abwasserproben (Extrakte) 9.3.7 Einordnung und Bewertung der Ergebnisse 9.3.7.1 Betriebsparameter (Summenparameter der organischen Belastung) 9.3.7.2 Spurenstoffelimination 9.3.7.3 Ökotoxikologische Untersuchungen . 9.3.8 „Scale-up“ für die betrachteten Standorte (Dimensionierung) 9.3.9 Dimensionierung 9.3.10 Einordung der angesetzten hydraulischen Verweilzeit und Bewertung der zu behandelnden Wassermenge 9.4 Eintragspfade der betrachteten Substanzen in die Kanalnetze der Modellregionen 9.4.1 Einführung 9.4.2 Bewertung von industriellen und gewerblichen Einleitungen anhand des Indirekteinleiterkatasters 9.4.2.1 Datengrundlage 9.4.2.2 Auswertung 9.4.2.3 Fazit 9.4.3 Bewertung von industriellen Indirekteinleitungen durch Messkampagnen 9.4.3.1 Veranlassung und orientierende Untersuchungen 9.4.3.2 Messkampagne 9.4.3.3 Fazit der Messkampagne . 9.4.4 Minderungsstrategien für Medikamentenwirkstoffe – Zusammenfassung des Projektes SAUBER+ 9.4.5 Zusammenfassung 9.5 Bewertung von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen 9.5.1 Einführung 9.5.2 Datengrundlage – Literaturrecherche, Identifikation relevanter Akteure und Experteninterviews 9.5.3 Ergebnisse der empirischen Datenerhebung 9.5.4 Ausblick 10 Stoffflussmodellierung 10.1 Erstellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells 10.1.1 Herangehensweise 10.1.2 Untersuchungsgebiet 10.1.3 Geodaten 10.1.4Durchflussdaten 10.1.5 Wasserqualitätsdaten und Mikroschadstoffauswahl zum Aufbau des Stoffflussmodells 10.1.6 Charakterisierung der ausgewählten Arzneistoffe 10.1.7 Bevölkerung und Verschreibungsmengen 10.1.8 Kläranlagen 10.1.8.1 Kläranlagen-spezifische Arzneistofffrachten 10.1.8.2 Arzneimittelfrachten aus Konzentrationsmessungen als Randbedingungen 10.1.9 Modellansatz 10.1.10 Datenaufbereitung bezüglich des Gewässernetzes 10.1.11 Interpolation von Durchflussprofilen 10.1.12 Stoffflussmodell 10.1.13 Kalibrierung und Validierung 10.1.13.1 Durchfluss Q . 10.1.13.2 Arzneistofffrachten – Stoffflussmodell 10.1.14 Plausibilisierung von Durchflusswerten 10.1.14.1 Frachtkalibrierung und -validierung des Stoffflussmodells 10.1.15 Ciprofloxacin als zusätzliches Arzneimittel 10.1.16 Ausblick 10.2 Erstellung von Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Stoffflussmodells 10.2.1 Gebietsbeschreibung 10.2.2 Datengrundlage und weitere Datenaufbereitung 10.2.2.1 MNQ-Durchflussdaten 10.2.2.2 Eintragsverminderung bei Arzneistoffen 10.2.3 Bewertung des Gewässerzustands und der Entwicklungsszenarien 10.2.3.1 Ergebnisse für den Ist-Zustand 10.2.3.2 Szenarienanalyse 10.2.4 Ausblick 11 Literatur – Teil B 12 Anhang – Teil