Nov 02 2017

Modulares Wasseranalysemanagement – kontinuierliche Überwachung

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Wasseranalysemanagement: Die sichere Wasserversorgung der Kommunen ist eine generationenübergreifende Aufgabe. Seit rund 25 Jahren investiert die Stadt Öhringen im Landkreis Hohenlohe daher kontinuierlich in die konsequente Modernisierung der Wasserinfrastruktur. Bei der Neuausrichtung des Wasseranalysemanagements spielen innovative Online-Analyse-Systeme eine wichtige Rolle. Sie überwachen alle wesentlichen Parameter während des Betriebs und kommunizieren mit der übergeordneten Steuerung und dem Leitsystem.

Beim alten Konzept waren nur kontinuierliche Messungen der Gesamttrübung, des pH-Werte, des Restozongehalts und der Chlordioxixgehalte möglich.
Quelle: Bürkert

Die Stadt Öhringen ist bereits seit 1955 Mitglied im Wasserversorgungszweckverband Nordostwasser (NOW) und bestrebt, ihre Einwohner mit hochwertigem Trinkwasser zu versorgen. Schon 1988 erkannte die Stadt die Herausforderung, die eigenen Wasserressourcen so aufzubereiten und mit dem zugelieferten weichen Bodensee- und Landeswasser zu mischen, dass bei der Verteilung die Rohrleitungen geschont werden. Um alle Einwohner mit der gleichen guten Wasserqualität zu versorgen, wurde 1995 dann das neue Wasserwerk Öhringen und ein neuer Hochbehälter in Betrieb genommen. Hier werden die verschiedenen Wasser gemischt und das Eigenwasser mittels Aktivkohle und Chlordioxid-Desinfektion aufbereitet. Mit einer Kapazität von 320.000 m³ Trinkwasser im Jahr versorgt das Werk heute ca. 22.000 Einwohner in Gemeinden im Hohenlohekreis.

Veränderte Betriebsabläufe erfordern neues Konzept zur Wasseranalyse

Das Online-Analyse-System Typ 8905 wird als Standard in einem beständigen und kompakten Kunststoffgehäuse installiert, das in der erweiterbaren Grundversion mit bis zu sechs Messwürfeln bestückt werden kann. Quelle: Bürkert

Um die Betriebssicherheit weiter zu erhöhen und die Betriebsabläufe zu optimieren, wird in Öhringen kontinuierlich in die Anlage investiert. So wurde die alte Ozonanlage außer Betrieb genommen, eine neue UV-Anlage installiert und in diesem Zusammenhang auch das Wasseranalysekonzept hinterfragt. Bisher ging man nämlich davon aus, dass die Qualität der Rohwasser bereits hinreichend durch die regelmäßigen klassischen Rohwasseranalysen der Brunnen gesichert ist. Im Wasserwerk selbst wurden nur Gesamttrübung, pH-Wert, Restozongehalt und Chlordioxidgehalte am Ein- und Ausgang kontinuierlich gemessen und die Daten über analoge Signale an das Prozessleitsystem übertragen. Für die Zukunft war dieses Konzept nicht mehr ausreichend.

Die Optimierung der Anlagentechnik erforderte jetzt – auch im Hinblick auf die steigenden Anforderungen an das Wassermonitoring – eine Neuausrichtung des Wasseranalysemanagements. In enger Zusammenarbeit mit einem Institut für Wasserwirtschaft wurde ein neues Konzept entwickelt, das Auskunft über die gesamte Wasserqualität gibt. Die Analysegeräte sollen es ermöglichen, halb- oder sogar vollautomatische Steuerungs- und Regelaufgaben einzuleiten, ein frühzeitiges Warn- und Alarmsystem einzuführen und den Zustand der Aufbereitungstechnik zu überwachen. Bei der Auswahl der Messtechnik lag der Fokus zudem auf einem nachhaltigen, ökonomisch sinnvollen, zuverlässigen und ganzheitlichen Ansatz.

MEMS-Technologie statt Glassonden

Die gleiche Wand mit dem neuen Online-Analyse-System von Bürkert: Mit sichtbar weniger Aufwand stehen jetzt mehr Möglichkeiten und umfangreichere Analysenergebnisse zur Verfügung.
Quelle: Bürkert

Aufgrund dieser Kriterien entschied sich die Stadt Öhringen für das neue modulare und miniaturisierte Online-Analyse-System (Typ 8905) von Bürkert (vgl. Firmenkasten). Das kompakte, modular erweiterbare System für die Wasseranalytik arbeitet mit innovativer MEMS-Technologie (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme) und ermöglichte es, die bisherigen Messstellen zu ersetzen, zu erweitern und die Messungen praxisgerecht und zukunftssicher zu gestalten.

Im Gegensatz zu den früher üblichen Glassonden müssen die Mikrochips beispielsweise nicht ständig ausgetauscht werden. Die langen Standzeiten und großen Kalibrierintervalle der Mikrochips tragen zum wartungsarmen und zuverlässigen Betrieb bei. „Es ergeben sich deutliche Kosteneinsparungen durch geringere Kontrollen der Messstellen und den gesunkenen Wartungsaufwand“, ergänzt Horst Geiger, Technischer Leiter des Wasserwerks. „Das Personal hat für wichtigere Aufgaben mehr Zeit.“

Kompakter Edelstahlschrank statt großer „Messwand“
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Im Wasserwerk Öhringen finden die kompakten Messwürfel in einem unempfindlichen und bedienerfreundlichen Edelstahlschaltschrank Platz. Der Messwasserverbrauch hat sich gegenüber früher deutlich verringert.
Quelle: Bürkert

Aus insgesamt 14 Messwürfeln und zwei automatischen Reinigungseinheiten wurde auf kleinstem Raum eine maßgeschneiderte Lösung erarbeitet. Die große „Messwand“ wurde dabei durch einen kompakten Edelstahlschrank ersetzt. Insgesamt sieben verschiedene Messwasser mit den passenden, individuell zusammengestellten Messwürfeln werden darin auf Trübung, pH-Wert, Redox-Potenzial, Leitfähigkeit und Chlordioxid analysiert. Die Reinigungseinheiten sorgen dafür, dass sich alle Messwasser berührenden Teile je nach Bedarf ohne manuelle Eingriffe reinigen lassen. Im alten Analysekonzept dagegen mussten die Sensoren bei den belagbildenden Wassern häufig von Hand gesäubert werden, was immer eine Außerbetriebnahme der Messstelle bedeutete.
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Alle Messwürfel des Online-Analyse-Systems sind „hot-swap-fähig“ und lassen sich während des Betriebes ein- und ausstecken. Alle anderen Messelemente arbeiten dabei unterbrechungsfrei weiter.
Quelle: Bürkert

Im neuen Analysekonzept werden Parameter auf ein Displaymodul übertragen und dort angezeigt. Die Bedienanzeigen des Typs 8905 sind spezifisch auf das Wasserwerk Öhringen angepasst und auf Wunsch des Wassermeisters nach den Probeentnahmestellen benannt. Eine Verwechslung der Parameter ist damit ausgeschlossen. Das 7“ große Touchdisplay kann sowohl am Gerät selbst, als auch über eine kostenlose Software konfiguriert werden. Beispielsweise sind R+I-Schemen, Bilder oder verschiedene Wertezusammenstellungen problemlos visualisierbar. An die übergeordnete SPS werden die Messwerte direkt vom Sensor über eine Profinet-Schnittstelle übertragen.

Zukunftssicher aufgestellt bei deutlich reduziertem Messwasserverbrauch

Weitere Aspekte, die für den Einsatz des Online-Analyse-Systems sprechen, sind die geringen Kosten im laufenden Betrieb und der minimale Messwasserverbrauch. „Der Eigenwasserverbrauch des alten Systems lag um das 15-Fache höher. Zudem  war ein hoher Kontrollaufwand mit deutlichem Reagenzienverbrauch nötig. Insofern ist uns die Entscheidung für die Ersatzbeschaffung des Bürkert-Analysesystems wegen der geringen Amortisationszeit leicht gefallen“, fährt Geiger fort. Die Erfahrungen anderer Kommunen, die das Online-Analyse-System ebenfalls einsetzen, überzeugten die Wasserwerker aus Öhringen zusätzlich, zumal sie mit Bürkert bereits in früheren Projekten erfolgreich zusammengearbeitet hatten.
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Die Funktionen des Online-Analyse-Systems können mit der Software Bürkert Communicator konfiguriert und programmiert werden. Dazu gehört zum Beispiel auch eine Auswahl an vordefinierten Funktionen bis hin zu Funktionsalgorithmen, die der Bediener selbst zusammenstellt.
Quelle: Bürkert

Auch für die Zukunft sind die Wasserwerker in Öhringen jetzt bestens gerüstet. Die neue Technologieplattform entwickelt sich stetig weiter. Es wird kontinuierlich an Messwürfeln zur Wasseranalyse gearbeitet. 2017 wird das Analyseprogramm um die Parameter Eisen (Fließinjektionsanalyse) und den Spektralen Absorptions-Koeffizienten SAK254 (Vollspektrometer-Messwürfel) erweitert. In Öhringen arbeitet man zurzeit an einem Konzept zur kontinuierlichen Überwachung der Beladung der granulierten Aktivkohle, das den Vollspektrometer- Messwürfel nutzen wird. Er lässt sich dann einfach nachrüsten, denn das Online-Analyse-System ist „hot-swap-fähig“. Das heißt alle Messwürfel lassen sich während des Betriebes ein- und ausstecken. Alle anderen Messelemente arbeiten dabei unterbrechungsfrei weiter. Wird ein neuer Sensor in einen freien Steckplatz eingesetzt, meldet sich der Sensor automatisch beim System an. Sogar der Einsatz ohne ein Display/Steuerung ist möglich, da die Software bereits im Messwürfel steckt. So lassen sich Sensoren einfach auch in andere Steuerungen integrieren und beispielsweise über das PLS auslesen.

Mit einem Windows Laptop und der kostenlosen Software „Bürkert Communicator“ können die Messwerte zudem jederzeit vor Ort ausgelesen oder konfiguriert werden. Dazu gehört zum Beispiel auch eine Auswahl an vordefinierten Funktionen bis hin zu Funktionsalgorithmen, die der Bediener selbst zusammenstellt. Der kundenspezifischen Auslegung sind somit kaum Grenzen gesetzt. Für die Zukunft sind die Wasserwerker mit dem modularen Analysesystem daher bestens gerüstet.

Weitere Informationen
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Autor

Sebastian Gerke, Field Segment Manager Water, bei Bürkert Fluid Control Systems

Bürkert Fluid Control Systems

Bürkert Fluid Control Systems ist ein weltweit führender Hersteller von Mess-, Steuer- und Regelungssystemen für Flüssigkeiten und Gase. Die Produkte von Bürkert kommen in den unterschiedlichsten Branchen und Anwendungen zum Einsatz – das Spektrum reicht von Brauereien und Laboren bis zur Medizin-, Bio- und Raumfahrttechnik. Mit einem Portfolio von über 30.000 Produkten deckt Bürkert als einziger Anbieter alle Komponenten des Fluid Control Regelkreises aus Messen, Steuern und Regeln ab: von Magnetventilen über Prozess- und Analyseventile bis zu pneumatischen Aktoren und Sensoren.

Das Unternehmen mit Stammsitz im süddeutschen Ingelfingen verfügt über ein weit gespanntes Vertriebsnetz in 36 Ländern und beschäftigt weltweit über 2.500 Mitarbeiter. In fünf Systemhäusern in Deutschland, China und den USA sowie vier Forschungs- und Entwicklungszentren entwickelt Bürkert kontinuierlich kundenspezifische Systemlösungen und innovative Produkte. Ergänzt wird die Produktpalette mit dem umfassenden Serviceangebot BürkertPlus, das Kunden den kompletten Produktlebenszyklus begleitet.

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