The use of activated sludge models (ASMs) is a common way in the field of wastewater engineering in terms of plant design, development, optimization, and testing of stand-alone treatment plants. The focus of this study was the development of a joint control system (JCS) for a municipal wastewater treatment plant (mWWTP) and an upstream industrial wastewater treatment plant (iWWTP) to create synergies for saving aeration energy. Therefore, an ASM3 + BioP model of the mWWTP was developed to test different scenarios and to find the best set-points for the novel JCS. A predictive equation for the total nitrogen load (TN) coming from the iWWTP was developed based on real-time data. The predictive TN equation together with an optimized aeration strategy, based on the modelling results, was implemented as JCS. First results of the implementation of the JCS in the real environment showed an increase in energy efficiency for TN removal.

This report summarises the theoretical design of a degasification plant to recover ammonia and carbon dioxide from organic residues, such as agricultural digestates, manure and municipal/industrial wastewater. Heat and water management had been identified as one crucial factor to optimise during this research. The chemical and physical parameters reveal the high tendency of ammonia towards water phase and underline the difficulty in ammonia stripping. Besides temperature, the volumetric gas-liquid ratio had been identified as most important factors. Regarding pH-value it had been observed, that a further increase is not sufficient once pH 9 is reached. Applied absolute pressure also has been identified of lower importance, compared to temperature and volumetric gas-liquid ratio. The latter three parameters are influencing evaporation and heat management in the desorption stage. A design model from literature according to Onda showed good correlation with the practical experiments including packings. Other column fillings as cones lead to operational problems. The understanding of the exact relations in column design are further used to design a cost-efficient process with low carbon footprint. The practical tests, as such, were reproducible, however the batch operation and limitations in the column design resulted in a limited transferability towards large scale plants. In terms of the absorption stage, the pilot needs to be further optimised to reach sufficient recovery rates. An absorption of ammonia and carbon dioxide under use of gypsum is favoured to also recover carbon dioxide and to avoid sulfuric acid dosing. In that term further tests and optimisation is needed, to have a fully quantifiable pilot system. The integration of a measure-control system is a further development step. In conclusion, the degasification process with low pressure (vacuum) reveals benefits compared to conventional air stripping in terms of heat management and the necessary gas-liquid-ratio, which has effects on column diameter and eventually column height. The necessity of aggressive chemicals dosage (as caustic in desorption) or acid (in absorption) is in view of the authors not given, hence cheap and safe alternatives (e.g. CO2 stripping) and gypsum dosage as alternative sulphur source work sufficient.

Die Simulationsergebnisse mit SIMBA# zeigten, dass mit den neu entwickelten ammoniumbasierten Regelungen und dem Air-Cycling-Konzept für MBR die Belüftung bzw. den Energieverbrauch deutlich reduziert werden konnte.An der Pilotanlage wurde demonstriert, dass mit den optimierten MSR-Konzepten stabile Ablaufwerte von CSB und Stickstoff erzielt werden können, welche mit großen Energieeinsparungen verbunden sind. Getestet wurden die ammoniumbasierten Regelungen und das Air-Cycling. Aber auch angepasste alternative MSR-Konzepte zur Optimierung der Schlammrezirkulation auf Basis der Nitratkonzentration im Ablauf und der Redoxpotential-basierten Regelung für die Belüftung der Nitrifikation wurden optimiert und getestet. Auch hier konnten sehr gute Ablaufergebnisse erzielt werden in Verbindung mit Energieeinsparungen. Allerdings wurde auch festgestellt, dass die verwendete ionenselektive Elektrode für die kontinuierliche Messung von Ammonium im Ablauf im niedrigen Messbereich (1-2 mg/L NH4-N) keine zuverlässigen Daten für eine Steuerung liefern kann.Im Rahmen des Projektes wurde auch ein neues Vorhersagemodell für Membranfouling entwickelt, um das Fouling 7 bis 14 Tage im Voraus zuverlässig vorherzusagen. Das Modell wurde dabei sowohl mit den historischen Betriebsdaten validiert und auch in der Praxis an der Pilotanlage getestet und bestätigt. Zusätzlich wurde ein Entscheidungsunterstützungs-system erarbeitet, welche die Fehlersuche und Wartung deutlich erleichtert.

Zur Verminderung von Spurenstoffeinträgen in Oberflächengewässer wurden bereits einige Kläranlagen in Deutschland und der Schweiz um eine weitergehende Reinigungsstufe (Ozon oder Aktivkohle) erweitert. Zur Erzielung einer gleichbleibenden Spurenstoffelimination und einer gleichzeitigen Vermeidung von Fehldosierungen (Kosten, Rohstoffeinsatz) werden verlässliche Messverfahren und robuste MSR-Konzepte (Mess-, Regel- und Steuerung) benötigt. Im Rahmen des Projekts „MeReZon" (Schnelle und zuverlässige Messtechnik und Steuer-/Regelkonzepte für eine weitergehende Abwasserreinigung) wurde an einer Pilot-Ozonanlage zur Behandlung von gereinigtem Abwasser untersucht, unter welchen Randbedingungen eine verlässliche Onlinemessung möglich ist. Dabei wurde u.a. die Leistungsfähigkeit eines neu entwickelten Ultraschallreinigungsmoduls zur Vermeidung einer Messwertdrift durch Fouling untersucht und mit den Sonden bzw. Reinigungsmodulen anderer Hersteller in verschiedenen Konfigurationen verglichen. Dabei wurden deutliche Unterschiede festgestellt. Darauf aufbauend wurde das bestehende MSR-Konzept der Ozonanlage optimiert und ein alternierender Messbetrieb, d.h. abwechselnde Beschickung einer Messsonde mit Zu- bzw. Ablauf der Ozonung, implementiert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem optimierten MSR-Konzept eine stabile Abnahme des SAK254 (SAK254) erzielt werden kann, welche mit der Spurenstoffelimination korreliert. Die erfolgreiche Umsetzung des alternierenden Messbetriebs ermöglicht die Ermittlung der SAK254 Abnahme mit nur einer Messsonde, was prinzipiell Vorteile bei einer Regelung der Ozondosis auf ein stabiles SAK254 mit sich bringt. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Onlinemessung der Fluoreszenz eine praktikable Alternative zum SAK254 darstellt, da diese ebenfalls eine Änderung des Ozonbedarfs integral erfassen kann und mit der Spurenstoffelimination korreliert. Die gewonnenen Ergebnisse bieten Messgeräteherstellern wertvolle Anhaltspunkte wie sie ihre Onlinesonden und Reinigungsmodule weiter optimieren können. Das entwickelte MSR-Konzept bzw. der alternierende Messbetrieb kann von Betreibern von Ozonanlagen auf kommunalen Kläranlagen zur Optimierung bestehender oder zukünftiger Anlagen genutzt werden.

This report aims to identify good practices for environmental permitting of pharmaceutical plants in some Baltic Sea (BS) countries and spread them to other countries where they are lacking or inefficient. The objective is to enhance permitting of pharmaceutical plants within current legislation framework to obtain information on their active pharmaceutical ingredient (API) emissions to municipal WWTPs (MWWTPs) and environment, resulting in improved information on pharmaceutical emissions, and aiding with direct mitigation measures when necessary. The pharmaceutical industry is highly globalized, interconnected and heterogeneous both spatially and temporally. The pharmaceutical industry includes API-production and the production of pharmaceutical products. Emissions from these activities may vary significantly. Also, as many activities are patch processes, emissions of specific substances are likely to happen only sporadically. The pharmaceutical industry may also include (re)packaging and other activities. The UNESCO & HELCOM Status Report on Pharmaceuticals (2017) [1] contains some information on pharmaceutical production in Estonia, Finland and Sweden, but no information on permitting practices of pharmaceutical plants. Thus, this report fills in identified information gaps related to the production of pharmaceuticals, e.g. by HELCOM. The working method evaluates the current national practices for environmental permitting for pharmaceutical plants in all seven countries represented in the project CWPharma (Denmark, Estonia, Finland, Germany, Latvia, Poland and Sweden) with the aim of collecting some information also from Russia. In the Baltic Sea region (BSR), wide recommendations on good practices for environmental permitting of pharmaceutical plants are proposed to initiate the process that clarifies the role of the pharmaceutical industry as a possible source of APIs and to estimate the need for measures that control the pharmaceutical industry’s emissions. Additionally, the aim is to evaluate the industrial wastewater contracts between municipal wastewater treatment plants (MWWTPs) and pharmaceutical plants in each BS country, even if this task is more difficult than the task related to environmental permitting of pharmaceutical plants. These documents are not publicly available, and thus the information on contracts proved difficult to obtain. The BSR wide recommendations are aimed at formulating good practices for industrial wastewater contracts between MWWTPs and pharmaceutical plants. The activities of this report pose very high transnational relevance in the Baltic Sea region (i.e. transnational spreading of good practices), because the recommendations are based on the current good practices in BSR countries and improvements made for them. Furthermore, the objective is that the recommendations will be utilised and implemented in all Baltic Sea countries. The information presented in this report will be used to identify priority measures at a national level to reduce pharmaceutical emissions. The results will also increase knowledge among target groups under the CWPharma project (pharmaceutical industry, operators of MWWTPs, permitting and supervisory authorities) and other relevant stakeholders through national stakeholder meetings and reports.