Many municipalities and cities are facing numerous, sometimes very complex water management challenges. In addition to heavy rainfall events, because of climate change, this also applies to the necessary improvement of water quality about trace substances and micro plastics. This also means an increase in the complexity of tasks, a diversity of levels of action and knowledge. The necessary freedom to acquire new knowledge in an appropriate manner in terms of content and time is becoming increasingly limited because of these framework conditions. An additional burden is the fact that it is becoming more and more difficult to obtain adequate specialized staff. Therefore, the necessary planning processes are becoming longer. The implementation of environmental protection measures has to follow later. Furthermore, new, and more efficient methods for better environmental protection are used less frequently or only insufficiently because there is too little knowledge about them. Experts promise more support and facilitation by solutions that have been developed during digitalization and offered on the market for technical and organizational level [1]. Here, however, there is often a lack of time on the user’s side to act in an appropriate manner with resource- supporting IT systems that make it possible to automate or simplify standard procedures or make processes more efficient and effective. If external consultants are part of the selection of appropriate IT systems, successful implementation and use often fails due to the lack of fit between the IT system and the existing organizational structure or culture, as well as in relation to the human end user. Two ways to address these obstacles are the “Anyway Strategy” and “ HELIP” methods. They are the result of a meta-study on success factors and barriers in the selection and application of digitalization solutions [1] and a from a development project for digital innovations [2] in the water industry.

Das iwe-Institut für Wasser- und Energiemanagement an der Hochschule Hof hat eine Metastudie zum Stand der Digitalisierung der Wasserwirtschaft in den deutschsprachigen Ländern durchgeführt. Das Fazit: Die Digitalisierung ist zu einem festen Bestandteil technologischer Lösungen und strategischer Entscheidungen geworden. In einer dreiteiligen Serie berichtet die WasserWirtschaft über die Ergebnisse der Studie. Im dritten Teil der Serie geht es um die Frage, welche Konsequenzen aus den Erkenntnissen und Ergebnissen der Studie zu ziehen sind und wie die Zukunft der Digitalisierung in der Wasserwirtschaft aussehen kann.

Strukturveränderungen und regionale Herausforderungen hatten und haben nahezu immer direkte Folgen für die Abwasserbeseitigung einer Kommune. Dies konnte im Zuge der Corona-Pandemie deutlich durch Daten von Echtzeitmessungen im Rahmen des vom Bundesministerium für Umwelt geförderten Vorhabens „Abwasserflexibilisierung Diemelsee 4.0“ [1] festgestellt werden. Während als Planungsgrundlage für die neue Diemelsee-Kläranlage Heringhausen und das zugehörige Kanalnetz inkl. Pumpenstationen die Urlaubszahlen der vergangenen zehn Jahre Maßstab der Anlagenbemessung waren, zeigten sich sowohl während der Einfahrphase an Ostern als auch im Sommer 2020 andere, unerwartete Bewegungen bei der Gästeanzahl. Aufgrund des Lockdowns in vielen Ländern stieg die Gästezahl in Spitzenzeiten um bis zu 50 % an [2, 3]. Für die Abwasserbeseitigung weitaus problematischer war der Anstieg an Wochenendtourimus und an Wohnmobilen und damit an speziellen Abwässern. Bei der Implementation des geförderten Vorhabens „Abwasserbeseitigung Diemelsee 4.0“ wird ein spezielles Energiemonitoring eingesetzt, welches die Daten einer neuartigen, sogenannten fallbasierten Steuerung [4] aufnimmt und den Betrieb dabei unterstützt, auch in Ausnahmezeiten wie einer Pandemie die gesteckten Effizienz- und Reinigungsziele zu erreichen.

Water is increasingly taking center stage when it comes to coping with climate change. Especially in urban areas, negative consequences from heavy rainfall events and prolonged dry periods are rising worldwide. In the past, the various tasks of urban water management were performed by different departments that often did not cooperate with each other (water supply, wastewater disposal, green space irrigation, etc.), as the required water supply was not a question of available water volumes. This is already changing with climate change, in some cases even dramatically. More and more, it is necessary to consider how to distribute available water resources in urban areas, especially during dry periods, since wastewater treatment is also becoming more complex and costly. In the future, urban water management will examine water use in terms of its various objectives, and will need to provide alternative water resources for these different purposes (groundwater, river water, storm water, treated wastewater, etc.). The necessary technological interconnection requires intelligent digital systems. Furthermore, the water industry must also play its role in global CO2 reduction and make its procedural treatment processes more efficient; this will also only succeed with adequate digital systems. Although digitization has experienced an enormous surge in development over the last five years and numerous solutions are available to address the challenges described previously, there is still a large gap between the scope of offerings and their implementation. Researchers at Hof University of Applied Sciences have investigated the reasons for this imbalance as part of WaterExe4.0, the first meta-study on digitization in the German-speaking water industry, funded by the German Federal Ministry of Education and Research. Only 11% of roughly 700 identified products, projects and studies relate to real applications. For example, the surveyed experts of the water sector stated that everyday problems are considered too little or hardly at all in new solutions, which greatly overburdens users. Furthermore, they see no adequate possibility for a systematic analysis of new ideas to identify significant obstacles and to find the best way to start and implement a digitization project. The results from four methodologically different sub-surveys (literature and market research, survey, expert interviews and workshops) provide a reliable overview of the current situation in the German-speaking water industry and its expectations for the future. The results are also transferable to other countries.

Das iwe-Institut für Wasser und Energiemanagement an der Hochschule Hof hat eine Metastudie zum Stand der Digitalisierung der Wasserwirtschaft in den deutschsprachigen Ländern durchgeführt. Das Fazit: Die Digitalisierung ist zu einem festen Bestandteil technologischer Lösungen und strategischer Entscheidungen geworden. In einer dreiteiligen Serie berichtet die WasserWirtschaft über die Ergebnisse der Studie. Im zweiten Teil der Serie geht es um die Erkenntnis, dass Technik nicht alles ist - und wie Menschen auf dem Weg der Digitalisierung mitgenommen werden können.

Das iwe-Institut für Wasser und Energiemanagement an der Hochschule Hof hat eine Metastudie zum Stand der Digitalisierung der Wasserwirtschaft in den deutschsprachigen Ländern durchgeführt. Das Fazit: Die Digitalisierung ist zu einem festen Bestandteil technologischer Lösungen und strategischer Entscheidungen geworden. In einer dreiteiligen Serie wird die WasserWirtschaft über die Ergebnisse der Studie berichten. In dieser Ausgabe beginnen die Autoren mit einer Übersicht: Wo finden sich Digitalisierungselemente verstärkt wieder und welche digitalen Lösungen dominieren aktuell?

When it comes to addressing climate change, water is at the centre of many aspects and measures. Especially in urban areas where the negative consequences of heavy rainfall events and prolonged dry periods are increasing worldwide. In the future, urban water management will have to examine water use in terms of its various objectives and provide alternative water resources for different purposes (groundwater, river water, rainwater, treated wastewater, etc.). The technological networking of water management systems requires intelligent and digital systems to manage the challenges of the future. Similarly, the contribution of water management to global CO2 reduction through more efficient procedural treatment processes will only succeed with adequate digital systems ((Balogun, 2020), (Kröhling, 2017), (Randhahn, 2020)) Researchers at Hof University of Applied Sciences have investigated the status quo of digitization within the first meta-study in the German-speaking water industry (WaterExe 4.0 project) funded by the German Federal Ministry of Education and Research. The research was conducted with four methodologically different sub-surveys (literature and market research, survey, expert interview and workshops). 120 industry participants took part in an online survey and 30 water sector experts were interviewed.

Photocatalytic disintegration is a novel approach to eliminate pollution. The method utilizes the semiconductor titanium dioxide to degrade organic molecules in the presence of ultraviolet (UV) light. In this study, it is shown how the capabilities of several types of catalyst designs degrade the non-polar substance diesel fuel and the polar substance methylene blue. The floating design of foam glass coated with titanium dioxide could reduce the concentration of diesel fuel by 329 mg/L in 16 h; the submerged designs for coated glass fiber and coated steel grit could reduce methylene blue concentration by 96.6% after 4 h and 99.1% after 6 h, respectively. It could be shown that photocatalysis is a promising cost- and energy-efficient method for managing air and water pollution. It can be established as a low-technology method without requiring the use of a conventional source of energy, given an adequate amount of sun hours, or as an additional cleaning stage in water treatment plants using UV-LEDs.

Supported titanium dioxide catalysts were used in a photocatalytic flat cell reactor to remove organic micropollutants from real wastewater. Catalysts based on stainless steel mesh with a porous coating made of titanium dioxide nanoparticles with predominantly anatase modification were used. The influence of the retention time, and light output, and the effect of hydrogen peroxide on the degradation were examined. The kinetics of the degradation of the parent substances was determined by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. As a result, first-order degradation kinetics could be confirmed for all substances. The irradiance had no linear influence on the degradation of the compounds. Hydrogen peroxides were added to the wastewater to be treated, as electron acceptors and boosters, and alone had no great oxidative effect on the parent substances. The combination of photocatalysis with the addition of hydrogen peroxide as an electron acceptor had great synergetic effects which can reduce the required energy of the process through a short retention time. The process is suitable for the removal of micropollutants from wastewater.

Anthropogene Spurenstoffe wie Arzneistoffe, Zusätze aus Körperpflegeprodukten oder Industriechemikalien und Pflanzenschutzmittel stellen die kommunale Abwasserbehandlung vor neue Herausforderungen. Oxidative Verfahren zu deren Reduk- tion, wie beispielsweise die Ozonierung, stehen im Verdacht, eine große Anzahl ungenügend einzuschätzender Transformationsprodukte zu erzeugen. Adsorptive Verfahren wie die Aktiv- kohleadsorption können bestimmte Verbindungsklassen nur un- zureichend zurückhalten. Erweiterte oxidative Verfahren (Advanced Oxidation Processes, AOP), die Hydroxylradikale als starkes Oxidationsmittel nutzen, sind bei den richtigen Bedingungen in der Lage, eine vollständige Mineralisation der organischen Mikroschadstoffe zu bewirken. Bei den im Beitrag dar- gestellten Untersuchungen wurde die photokatalytische Oxidation zur Entfernung von Arzneistoffen aus kommunalem Abwasser genutzt. Reinigungsleistung und Energieverbrauch wurden bewertet. Dabei kam ein photokatalytisch wirkender Rotations- tauchkörper zum Einsatz.

Anthropogene Spurenstoffe wie Arzneistoffe, Zusätze aus Körperpflegeprodukten oder Industriechemikalien und Pflanzenschutzmittel stellen die kommunale Abwasserbehandlung vor neue Herausforderungen. Oxidative Verfahren zu deren Reduk- tion, wie beispielsweise die Ozonierung, stehen im Verdacht, eine große Anzahl ungenügend einzuschätzender Transformationsprodukte zu erzeugen. Adsorptive Verfahren wie die Aktiv- kohleadsorption können bestimmte Verbindungsklassen nur un- zureichend zurückhalten. Erweiterte oxidative Verfahren (Advanced Oxidation Processes, AOP), die Hydroxylradikale als starkes Oxidationsmittel nutzen, sind bei den richtigen Bedingungen in der Lage, eine vollständige Mineralisation der organischen Mikroschadstoffe zu bewirken. Bei den im Beitrag dar- gestellten Untersuchungen wurde die photokatalytische Oxidation zur Entfernung von Arzneistoffen aus kommunalem Abwasser genutzt. Reinigungsleistung und Energieverbrauch wurden bewertet. Dabei kam ein photokatalytisch wirkender Rotations- tauchkörper zum Einsatz.