Abteilung Verfahrenstechnik

Verfahrenstechnik

Unsere Forschungsgruppen beschäftigen sich aus der ingenieurtechnischen Perspektive mit Problemen der Abwasserreinigung und Trinkwasseraufbereitung sowie dem Schutz der Wasserressourcen. Unser langfristiges Ziel ist es, nachhaltige Konzepte für Wasser- und Nährstoffkreisläufe in Siedlungen zu entwickeln.

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News

Früherkennung für Abwasserreinigungsanlagen

Gereinigtes Abwasser kann durch ein Online-Monitoring mit Organismen kontinuierlich überwacht werden. Die so erhaltenen Daten machen es möglich, schnell auf akute Belastungen zu reagieren. (Foto: Oekotoxzentrum)
17. Juni 2025 –

Forschende des Oekotoxzentrums, der Eawag und der Fachhochschule Nordwestschweiz haben eine Kombination aus biologischem und chemischem Onlinemonitoring als Frühwarnsystem auf einer kommunalen Abwasserreinigungsanlage getestet....

Forschende des Oekotoxzentrums, der Eawag und der Fachhochschule Nordwestschweiz haben eine Kombination aus biologischem und chemischem Onlinemonitoring als Frühwarnsystem auf einer kommunalen Abwasserreinigungsanlage getestet. Das System ist in der Lage, Spitzenbelastungen durch Mikroverunreinigungen im gereinigten Abwasser zu erfassen und toxische Schadstoffe in Echtzeit zu erkennen. So kann es zur Verbesserung im Abwassermanagement beitragen.
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Die Abwasserreinigung auf Berghütten fairer beurteilen

Die alternative Methode zur Beurteilung der Reinigungsleistung von Kleinkläranlagen von Berghütten mittels Kalium als Tracer wird derzeit durch Messungen in der Chamanna Cluozza und weiteren Berghütten validiert (Foto: Adobe Stock).
12. Februar 2025 –

Die Bedingungen in Berghütten machen es oft schwierig und unverhältnismässig, die Vorgaben für die Abwasserreinigung zu erreichen. Ein neuer Ansatz zur Beurteilung der Reinigungsleistung könnte das ändern.

Die Bedingungen in Berghütten machen es oft schwierig und unverhältnismässig, die Vorgaben für die Abwasserreinigung zu erreichen. Ein neuer Ansatz zur Beurteilung der Reinigungsleistung könnte das ändern.
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Otto-Jaag-Gewässerschutzpreis 2024 für Valentin Faust

ETH-Rektor Günther Dissertori überreicht Valentin Faust den Otto-Jaag-Gewässerschutzpreis 2024 (Foto: ETH, Alessandro Della Bella).
18. November 2024 –

Für seine Dissertation wurde der Umweltingenieur Valentin Faust am ETH-Tag vom 16. November 2024 mit dem Otto-Jaag-Gewässerschutzpreis ausgezeichnet. Seine Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse für die Herstellung von Dünger aus...

Für seine Dissertation wurde der Umweltingenieur Valentin Faust am ETH-Tag vom 16. November 2024 mit dem Otto-Jaag-Gewässerschutzpreis ausgezeichnet. Seine Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse für die Herstellung von Dünger aus menschlichem Urin.
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Water Hub: Neuer Film aus dem NEST

Publikationen

Appiah-Twum, H., Van Winckel, T., Santolin, J., De Paepe, J., Hellweg, S., Larsen, T. A., … Spiller, M. (2025). Environmental impact of integrating decentralized urine treatment in the urban wastewater management system: a comparative life cycle assessment. Water Research, 282, 123630 (14 pp.). doi:10.1016/j.watres.2025.123630, Institutional Repository

As municipal wastewater treatment regulations become more stringent, integrating source-separated urine treatment into centralized urban wastewater management offers a ‘hybrid’ solution. However, it is not clear how the environmental impacts of such hybrid systems compare to highly efficient centralized wastewater treatment plants (WWTPs) with low N2O emissions and electricity use. In this study, a consequential life cycle assessment was used to compare the environmental impact of three urine separation hybrid wastewater treatment systems – which combine decentralized urine treatment with a highly efficient central WWTP– to a centralized WWTP treating mixed wastewater (baseline). The studied urine treatment systems include partial nitrification & distillation, struvite precipitation & stripping/scrubbing, and partial nitritation/anammox. Additionally, the environmental impact of urine pre-treatment by calcium hydroxide and electrochemical alkalinization methods on the partial nitrification & distillation system was evaluated. The results show that all hybrid scenarios have a lower environmental impact in the freshwater ecotoxicity, marine toxicity, freshwater eutrophication, and marine eutrophication categories compared to the baseline. However, all hybrid scenarios resulted in higher impacts on global warming compared to the baseline, with direct N2O emissions being a key variable. Additionally, it was identified that urine alkalinization increased the environmental impact of the treatment system in 7 out of the 10 impact categories. A Pareto frontier analysis was developed to guide decision makers on where hybrid solutions could be used as a strategy to reduce the global warming impacts of conventional WWTPs. Using N2O-N emission factors of 75 WWTPs, 87 % of centralized WWTPs had a lower global warming impact compared to partial nitrification & distillation, and 91 % compared to partial nitritation/anammox hybrid solutions. However, at electricity demands of 1 kWh/PE/day and 1.5 kWh/PE/day at the central WWTP, both hybrid solutions showed lower global warming impact than all the studied WWTPs. The study highlights the potential of hybrid wastewater treatment solutions as a strategy to reduce global warming impacts in WWTPs with high N2O emissions and electricity use as well as a means to reduce marine eutrophication (i.e. nitrogen pollution).
Bernet, N. M., Soldini, C., Felder, T. M. O., Lapčíková, K., Neubauer, C., Queen, W. L., … Hofstetter, T. B. (2025). Oxygen isotope analyses of phosphate and organophosphorus compounds by electrospray ionization orbitrap mass spectrometry. Analytical Chemistry, 97(41), 22777-22786. doi:10.1021/acs.analchem.5c04367, Institutional Repository

Orbitrap mass spectrometry with electrospray ionization (ESI-Orbitrap MS) enables18O/16O ratio measurements in phosphate and organophosphorus compounds, which offers promising avenues for the study of metabolic, biogeochemical, and environmental processes. While the instrumental feasibility of such18O/16O ratio measurements has been shown, the applicability of such analyses in aqueous matrices on multipurpose mass spectrometers remains unaddressed. Here, we (i) evaluated the interplay between instrument parameters and the long-term accuracy and precision of ESI-Orbitrap MS for the determination of δ18O(PO4) from H2PO4–vs PO3–fragments of phosphate, (ii) identified properties of methanolic sample solutions that are critical for accurate and precise measurements, and (iii) propose a sample purification procedure for the elimination of matrix-based interferences. In 10 measurement campaigns over two years, we observed a long-term reproducibility of δ18O(PO4) within ±2.8‰. Results of in-source fragmentation experiments of H2PO4–to PO3–show excellent agreement of δ18O and offer promising opportunities to probe for18O/16O ratios in organophosphorus compounds. By investigating the effect of the aqueous matrix and interfering anions on18O/16O ratio measurements, we found that a water content exceeding 50 vol % and the presence of oxyanions such as nitrate and sulfate limit measurement accuracy due to interferences of matrix constituents in the ESI source. To overcome these challenges, we evaluated selective phosphate extraction with a zirconium-based metal–organic framework (MOF) as sorbent. The resulting purification procedure allowed for successful extraction and recovery of phosphate from nitrate- and sulfate-containing aqueous solutions, resulting in methanolic phosphate samples that enabled accurate analyses of δ18O(PO4) by ESI-Orbitrap MS.
Braun, D., von Känel, L., Biolley, L., Layer, M., Bieri, R., & Morgenroth, E. (2025). Dynamische Regelung beim Hybridwirbelbettverfahren. ARA Langmatt: Positives Fazit nach zwei Jahren. Aqua & Gas (4), 62-67. , Institutional Repository

Die ARA Langmatt wurde wegen der hohen Belastung mit einer dynamischen Regelung erweitert. Trotz weiterer Erhöhung der Stickstofffrachten während der Optimierungsphase, haben sich die Ablaufwerte von Ammonium und Nirit stark verbessert. Bemerkenswert sind zudem die tiefen Lachgasemissionen und der reduzierte Energieverbrauch mit der neuen Regelung.
Britschgi, L., Wei, S., Proesl, A., Morgenroth, E., & Derlon, N. (2025). The critical role of flocs in nitrification in full-scale aerobic granular sludge-based WWTP. Water Research, 274, 123021 (13 pp.). doi:10.1016/j.watres.2024.123021, Institutional Repository

Aerobic granular sludge (AGS) is usually considered to be a biofilm system consisting of granules only, although practical experience suggests that flocs and granules of various sizes co-exist. This study thus focused on understanding the contribution of flocs and granules of various sizes to nitrification in a full-scale AGS-based wastewater treatment plant (WWTP) operated as a sequencing batch reactor (SBR). The size distribution in terms of total suspended solids (TSS) and the distribution of the nitrifying communities and activities were monitored over 14 months. Our results indicate that AGS is a hybrid system in which flocs (<0.25 mm) play a critical role in nitrification. AGS consisted of 36 % flocs and 50 % large granules (>2 mm) at a TSS concentration of 4.7 ± 0.7 gTSS L-1. The growth of ammonia oxidizing bacteria (AOB) and nitrite oxidizing bacteria (NOB) in large granules was limited due to the high mass transfer limitation in biofilm and the high solids retention time (SRT) of flocs, where favorable conditions for the growth of nitrifiers were maintained during the warm season. The specific activities of the small aggregates (<1 mm) were 5 to 15 times higher than those of large granules. As a result, flocs contributed >50 % to nitrification during the warm season, whereas granules >1 mm contributed <20 %. Such predominance of flocs in nitrification became problematic in the cold season when the minimum SRT of NOB increased to values similar to the floc SRT, resulting in 79 % loss of the NOB. Consequently, NOB activities dropped, and elevated effluent nitrite concentrations of several mgN L-1 were monitored. We suggest operating AGS systems similarly to hybrid systems in order to promote the enrichment of NOB in the granules by controlling the floc SRT at low values smaller than the minimum SRT of NOB throughout the year.

Veranstaltungen

04.12.​2025,
9:00 Uhr
Eawag Dübendorf
Emissionen von Reifenpartikeln und Auswirkungen auf die Umwelt

PEAK-Basiskurs B36/25

20.01.​2026,

Forschungsprojekte

Ist ein Raumfahrtforschungs- programm, das die Entwicklung eines bioregenerativen Lebenserhaltungssystems für langfristige Raumfahrtmissionen und Weltraumwohnungen zum Beispiel auf dem Mars zum Ziel hat

Melissa «Micro Ecological Life Support System Alternative»
NEST building
Nachhaltiges urbanes Wasser- und Abwassermanagement angewandt und umgesetzt im modularen NEST-Gebäude.

WaterHub im NEST
Mathematische Modellierung aerober granulierter Belebtschlamm (AGS) - Reaktoren

Eawag Aerobic Granular Sludge (AGS) Model
Many WWTPs are reaching their maximum treatment and clarification capacities, and solutions must be found to upgrade those existing plants.

Micro-sieving of municipal wastewater
Opportunities and risks of reusing treated wastewater in Switzerland

Water Reuse Switzerland
Der Schweizer Bundesrat hat sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, bis 2050 die nationale Treibhausgasbilanz auszugleichen und somit auf "Netto Null" zu bringen.

SCENE - Reduktion von Treibhausgasemissionen aus der Abwasserbehandlung
Dynamik der Lachgasemissionen bei nährstoffeliminierender Abwasserreinigung

N2O - Dynamik der Lachgasemissionen
Systematische Untersuchung von hybriden Modellansätzen zur Vorhersage von Lach-gasemissionen in der biologischen Abwasserreinigung

MAD4WW

Weitere Forschungsprojekte