Wasser ist eine wesentliche natürliche Ressource für die Entwicklung von Leben und menschlichen Aktivitäten. In den letzten Jahrzehnten sind Wasserknappheit und Wasserqualität zu einem bedeutenden Problem geworden. Große Mengen an Wasser werden ständig verschmutzt. Die Sicherung der Wasserqualität ist unerlässlich, um eine weitere Verschmutzung zu vermeiden, der „Zero-Pollution-Strategie“ Rechnung zutragen und die Wiederverwendung von Wasser zu ermöglichen.Studien zeigen, dass nicht alle Abwasserinhaltsstoffe durch konventionelle biologische Kläranlagen entfernt werden. Eine Gruppe dieser refraktären Verbindungen, die in den letzten zwei Jahrzehnten zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen hat, sind Mikroschadstoffe, eine Klasse von Verbindungen, die sich aus sehr unterschiedlichen Chemikalien zusammensetzt und in niedrigen Konzentrationen (μg/L bis ng/L) vorhanden ist. Mikroschadstoffe umfassen Verbindungen wie z. B. Arzneimittel,Körperpflegeprodukte, Steroidhormone, Tenside, Industriechemikalien und Pestizide.Die Umsetzung weitergehender Behandlungsschritte über die konventionelle biologische Abwasserreinigung hinaus ist eine der Maßnahmen zur Reduzierung der Mikroschadstoffemissionen in die Vorfluter und fördert damit die "Zero-Pollution-Strategie". In den letzten Jahren wurden mehrere Technologien etabliert und großtechnisch eingesetzt. Die beiden wichtigsten Technologien sind Ozonung und Aktivkohlebehandlung. Die Ozonung von Kläranlagenablauf für die weitergehende Abwasserbehandlung hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen.Mehrere Studien zeigten, dass viele organische Mikroschadstoffe durch Ozonung weitgehend entfernt werden.Ziel dieser Arbeit ist es, das vorhandene Wissen für die praktische Anwendung der Ozonung im Bereich der kommunalen Abwasserreinigung zu erweitern und damit den praktischen Einsatz weiter voranzutreiben. Basis für diese Studie bildeten kommunale Kläranlagen in Österreich, die sich durch eine hohe Reinigungsleistung, bestehend aus biologischer Nährstoffentfernung mit vollständiger Nitrifikation und Denitrifikation,auszeichnen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Experimente wurden entsprechend der Fragestellungen in drei Phasen unterteilt. Die ersten beiden Phasen wurden im Labormaßstab durchgeführt, während die Dritte im Pilotmaßstab durchgeführt wurde.In Phase 1 wurde das gereinigte Abwasser mit unterschiedlichen spezifischen Ozondosen (0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 und 1,0 g O3/g DOC) behandelt und dabei die Entfernung ausgewählter organischer Spurenstoffe sowie die dabei auftretende Bromatbildung untersucht. Die Spurenstoffe wurden aufgrund ihres Verhaltens in der Ozonbehandlung in die folgenden drei Gruppen eingeteilt: hochreaktive Verbindungen (Diclofenac, Carbamazepin und Sulfamethoxazol), mäßig reaktive Verbindungen (Metoprolol, Bezafibrat, Benzotriazol und Acesulfam K) und ozonresistente Verbindungen (Ibuprofen und Diatrizoesäure Dihydrat).Bei einer spezifischen Ozondosis von 0,6 - 1,0 g O3/g DOC betrug die Entfernung von Mikroverunreinigungen für alle drei Gruppen >80%. Die Entfernung wurde mittels Kinetik zweiter Ordnung und der Oxidationsmittelexposition (Ozon und OH•)beschrieben. Der prognostizierte Abbau stimmte aus mechanistischen Gründen nicht für alle Stoffgruppen mit dem gemessenen Abbau überein. Hinsichtlich der Bromatbildung wurden Unterschiede in Abhängigkeit von der spezifischen Ozondosis beobachtet, die zwischen den untersuchten Abwasserproben variierten. Die Bromatbildung lag im Bereich zwischen 0,65 ± 0,28 und 11,22 ± 9,85 μg/l. Der Grenzwert für Trinkwasser(10 μg/L) wurde erst bei > 0,88 ± 0,05 g O3/g DOC überschritten, was höher ist als die üblicherweise zur Spurenstoffentfernung angewendete Ozondosis (0,6 -0,7 g O3/g DOC).In Phase 2 wurde die Wirkung der Ozonung auf organische Summenparameter untersucht, die normalerweise bei der konventionellen Abwasseranalyse gemessen werden, wie biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB5), chemischer Sauerstoffbedarf(CSB), gelöster organischer Kohlenstoff (DOC), UV-Absorption bei 254 nm (UV254).Die Parameter sowie die untersuchten organischen Spurenstoffe wurden vor der Ozonung und nach Anwendung unterschiedlicher spezifischer Ozondosen (0,4; 0,6 und 0,8 g O3/g DOC) sowie nach einem biologischen Abbau im Zuge der BSB5-Messung ermittelt, um die Veränderung der biologischen Abbaubarkeit durch die Ozonung zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten eine dosisabhängige Zunahme des biologischen Abbaus nach der Ozonung. Die höchste relative BSB5-Veränderung trat für alle untersuchten Abwasserproben zwischen 0 und 0,4 g O3/g DOC auf und lag bei einer Zunahme von 21,33 bis 88,75%. Eine Erhöhung der spezifischen Ozondosis auf 0,6 und0,8 g O3/g DOC führte zu einem weniger ausgeprägten Anstieg. Der DOC nahm nachder Ozonung nicht signifikant ab, was mit der berichteten geringen Mineralisierung übereinstimmt, während die partielle Oxidation zu einer quantifizierbaren Verringerung des CSB (7 bis 17%) führte. Delta UV254 und die Abnahme der spezifischen UV Absorption nach der Ozonung korrelierten gut mit den spezifischen Ozondosen. Im Gegensatz dazu wurde für den CSB und den biologisch abbaubaren DOC (BDOC) erst nach der BSB5-Messung eine klare Dosis-Wirkungs-Beziehung festgestellt. Anzeichen einer verbesserten biologischen Abbaubarkeit wurden durch einen Anstieg desBSB5/CSB-Verhältnisses festgestellt.In der letzten Phase wurde eine Pilotstudie zu einer modernen Multibarrieren-Abwasserbehandlungsanlage mit Ozonung und anschließender granulierter Aktivkohlebehandlung durchgeführt, um die Auswirkungen auf die Abwassertoxizitätzu bewerten. Acht CALUX in vitro Biotests wurden durchgeführt, um verschiedene Wirkungsweisen entlang des Toxizitätspfads zu überwachen. Das Toxizitätsmonitoring unterstützte die Bewertung der Eignung und Robustheit des Multibarrierensystems. Es wurden zwei Ansätze verfolgt. Zunächst wurde die Signalreduktion während der angewendeten weitergehenden Behandlungsschritte überwacht. Zum anderen wurdendie Ergebnisse mit aktuell diskutierten effektbasierten Triggerwerten (EBT) als potentielle Umweltqualitätsstandards verglichen. Für alle untersuchten Wirkmechanismen wurde eine entsprechende Abnahme der Bioäquivalenzkonzentrationen nach dem Multibarrierensystem beobachtet. Obwohl die östrogene Aktivität bereits während der Ozonung deutlich unter den damit verbundenen EBT abnahm, lagen die Parameter PAK-ähnliche Verbindungen und oxidativer Stressauch nach der Aktivkohlebehandlung über den aktuell diskutierten EBT. Insgesamt bestätigte das Langzeitmonitoring die positiven Effekte des Multibarrierensystems, diein der Regel nur durch die Entfernung von Mikroschadstoffen auf Basis chemischer Analysen bestimmt werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine weitergehende Abwasserbehandlung, die zur Spurenstoffentfernung geeignet ist, auch toxikologische Reaktionen deutlich reduziert.Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombination von Ozonung und biologischer Nachbehandlung, z. B. Aktivkohlegranulat, einen weiteren Schritt in Richtung einer nachhaltigen Wasserressourcenbewirtschaftung darstellt.
