Diese Dissertation zeigt Möglichkeiten und Grenzen aerober und elektrochemischer Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser aus der hydrothermalen Karbonisierung (engl. hydrothermal carbonization, HTC) von Klärschlamm auf. Während der HTC wird Klärschlamm auf etwa 190 bis 250 °C erhitzt, wodurch diverse Reaktionsmechnismen aus Klärschlamm einen braunkohleartigen Feststoff formen. Die sogenannte Hydrokohle oder Biokohle weist einen im Vergleich zu Klärschlamm höheren Brennwert und eine bessere Entwässerbarkeit auf. Dies ermöglicht eine thermische Verwertung, den Einsatz als Adsorbens oder zur Sequestrierung von Kohlenstoff. Die Reaktions-mechanismen lösen jedoch auch eine Vielzahl an organischen Stoffen aus dem Feststoff heraus und formen daraus teilweise biologisch schwer abbaubare, hemmende oder toxische Stoffe. Der Fokus der Forschung lag bislang primär auf der Optimierung des HTC Prozesses und nur sekundär auf der Behandlung der hoch belasteten Prozesswässer. Bisherige Studien zeigen jedoch, dass die biologische Abbaubarkeit der Stoffe im Prozesswasser limitiert ist und durch Hemmstoffe erschwert wird. Hieraus ergibt sich die Fragestellung wie robust aerobe Verfahren sind und inwiefern eine elektrischemische Oxidation refraktäre Stoffe entfernen kann. Die wesentlichen Erkenntnisse werden in vier Papern zusammengefasst. Paper 1 veranschaulicht die Abhängigkeit der Prozesswasserbelastung von verschiedenen Reaktionsparametern. Hierzu wurde mittels statistischer Versuchsplanung und Box-Behnken Design der Einfluss der Parameter Reaktionstemperatur (190 bis 250 °C), Reaktionsdauer (0,5 bis 4 h) sowie pH-Wert (3,9 bis 6,1) auf Brennwert der Hydrokohle, gelöstem Kohlenstoff (engl. dissolved organic carbon, DOC) und Ammonium untersucht. Hierbei erwies sich die Temperatur als maßgebender Parameter der HTC Reaktion. Je höher die Temperatur, desto höher war der Brennwert der Hydrokohle und desto geringer war die DOC-Konzentration im Prozesswasser. Mit höherer Temperatur nahm der prozentuale Anteil von Ammonium am gesamten Stickstoff durch Mineralisierung gelöster organischer Stickstoffverbindungen (engl. dissolved organic nitrogen, DON) zu. Da aus Paper 1 die Temperatur als maßgebender Reaktionsparameter hervorging, thematisiert Paper 2 die Auswirkung der Temperatur auf die aerobe Abbaubarkeit. In Zahn-Wellens Tests betrug die DOC Entfernung für Temperaturen von 190 bis 249 °C etwa 81%. In kontinuierlichen Laborversuchen in Sequencing Batch Reaktoren (SBR, V=0.3 L) wurden mit 72% DOC Entfernung ebenfalls ähnliche Werte für unterschiedliche HTC Temperaturen (190 °C und 217 °C) festgestellt. Aufgrund der starken Hemmung von während der HTC gebildeten Stoffen, war eine Nitrifikation nur durch Verdünnung des Prozesswassers (1:10) möglich. Hemmtests nach DIN EN ISO 9509 (2006) wiesen für Prozesswasser bei 217 °C eine stärkere Hemmung als bei 190 °C nach. Insgesamt ist der Einfluss der Temperatur auf die aerobe Abbaubarkeit jedoch als gering einzustufen. Weiterhin zeigte eine exemplarische Mischungsrechnung für eine kommunale Kläranlage, dass die refraktäre Organik die Ablaufkonzentration des chemischen Sauerstoffbedarfs (engl. chemical oxygen demand, COD) im ungünstigsten Fall um 24 mg/L erhöhen könnte. Paper 3 greift die Erkenntnise aus Paper 2 auf und überträgt diese in den Betrieb einer Pilotanlage mit dem Ziel die Grenzen der Nitrifikationsleistung und der Organikentfernung zu ermitteln. Hierzu wurde die Schlammbelastung eines Membran Bioreaktor (MBR, V=170 L) und eines SBR (V=300 L) sukzessive gesteigert. Zudem führte die Rücknahme der Verdünnung des Prozesswassers von 1:20 auf 1:1 zur Steigerung der Hemmstoffkonzentration. Die für eine Nitrifikation maximale Schlammbelastung als Gesamtsickstoff (engl. total nitrogen, TN) pro Trockensubstanz (engl. mixed liquor suspended solids, MLSS) lag in beiden Reaktoren bei 20 - 25 mg TN/(g MLSS·d). Die Stickstoff-schlammbelastung bei der Behandlung des unverdünnten Prozesswassers war zu hoch für eine Nitrifikation. Mit Nitrifikation betrug die COD-Entfernung 74.8 ± 1.9% (MBR) und 71.4 ± 2.6% (SBR). Der Belebtschlamm aus dem SBR konnte sich an Hemmstoffe im Prozesswasser in gewissem Umfang anpassen. Die Nitrifikationsrate wurde bei 50 mg DON (bzw. 4 vol.-% Prozesswasser) um 50% gehemmt, im Vergleich zu 6,6 mg DON (bzw. 0.4 vol.-% Prozesswasser) für Belebtschlamm aus einer kommunalen Kläranlage. Obwohl in Paper 2 und 3 verschiedene Prozesswässer behandelt wurden, lag sowohl die COD-Entfernung als auch die Hemmung der Nitrifikation in einer ähnlichen Größenordnung. Paper 2 und Paper 3 demonstrierten, dass zwischen 20 und 30% des COD biologisch nicht abbaubar sind. Daran anknüpfend legt Paper 4 die Ergebnisse der elektrochemischen Oxidation (EO) des refraktären COD mittels bor-dotierter Diamantelektrode dar und stellt drei mögliche Behandlungsszenarien vor: (I) alleinige EO, (II) aerobe Kohlenstoffelimination + EO und (III) Nitrifikation/ Denitrifikation + EO. In allen Szenarien erwies sich die EO als sehr effektiv und reduzierte den COD in Szenario III sogar auf unter 10 mg/L. Diese niedrige Konzentration war mit einem Energieaufwand von bis zu 534 kWh/kg COD verbunden. Da der Strombedarf der EO maßgebend von der COD-Konzentration abhängt, war der Energiebedarf in Szenario I und II mit 31,3 und 46,6 kWh/kg COD deutlich geringer. Eine abschließende Massenbilanz zeigte auf, dass Szenario II aufgrund reduzierter COD-Fracht und dennoch hoher energetischer Effizienz den insgesamt geringsten Energiebedarf besaß. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass eine aerobe Behandlung mit nachgeschalteter elektrochemischer Oxidation eine Lösung zur Behandlung von HTC-Prozesswasser ist. Aufgrund der hohen Hemmstoff-Konzentration kann eine Nitrifikation jedoch nur durch Verdünnung des Prozesswassers erzielt werden.