Hinkt die Wasserwirtschaft in Sachen Digitalisierung dem technisch-organisatorisch Möglichen hinterher? Die Antwort mag hier zunächst irritieren: Ja, die Wasserwirtschaft nutzt nicht alle technischen Optionen der digitalen Transformation. Und das ist auch gut so, denn mit gutem Grund müssen Betreiber kritischer Infrastrukturen nicht als Frontrunner agieren. Versorgungs- und Entsorgungssicherheit haben absolute Priorität.
Nur ein Beispiel, das kürzlich unter der Überschrift „Blindflug der Kläranlage“ diskutiert wurde: Bei einem Stromausfall funktionieren natürlich auch die Pumpensysteme der Kläranlage nicht mehr, wie sie sollten. Normalerweise greift dann ein Alarmsystem: Der Klärwärter wird bei einer Störung automatisch per Telefon informiert. Das konnte in diesem Fall aber nicht mehr funktionieren. Grund: Das Telefonsystem der Kläranlage war von analog auf IP-Telefonie umgestellt worden. Die IP-Telefonie versagt aber bei einem Stromausfall ebenfalls – im Gegensatz zum alten Analogsystem.
Grundfos bietet zur Lösung solcher Probleme ganz pragmatisch die Option einer Batterie-Notstromversorgung der CU-362-Steuerung an; das Gehirn vieler Systeme zur Überwachung von Pumpensystemen kann dann per Mobiltelefon einen Alarm absetzen. Das zeigt, dass an der Praxis orientierte Lösungen bei Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungspumpen eine vernünftige Ausgangsbasis in Sachen Digitalisierung bieten.
Paradigmenwechsel für Pumpenhersteller
Die Digitalisierung der Wasserwirtschaft ist auch für Pumpenanbieter ein Kernthema. Welchen Beitrag kann Grundfos nun leisten? In erster Linie steht hinter den aktuellen Lösungen ein Paradigmenwechsel: Nicht mehr die analoge Pumpe steht im Mittelpunkt, sondern die an den individuellen Kundenanforderungen orientierte spezifische Produktkonfiguration (Customizing), ergänzt durch neuartige digital-basierte Geschäftskonzepte (Digital Commercial Offerings).
Ein Beispiel: Anaerobe Prozesse in Kanal- und Klärsystemen mit der Freisetzung von Gasen wie Schwefelwasserstoff (H2S) führen zu Geruchsproblemen und verursachen aufgrund von Korrosion an den Bauteilen Kosten in Milliardenhöhe. Nicht zuletzt ist das mit Wartungsarbeiten befasste Personal gesundheitlich gefährdet. Hierfür bietet Grundfos eine spezielle Lösung an. Ein Gasphasen-Logger im Schacht misst in kurzen Abständen den H2S-Level; ein Kontroll-Algorithmus steuert mit diesen Daten – korrelierend mit dem aktuellen Abwasserdurchfluss im System – den Einsatz einer Dosierpumpe zur Neutralisation des Schwefelwasserstoffs mit einer Nitratverbindung.
Dieses System zur Lösung des Schwefelwasserstoff-Problems wurde im Feldtest von November 2017 bis April 2018 mit positivem Ergebnis eingesetzt. Die Geruchsprobleme durch Schwefelwasserstoff konnten vermieden werden und das System hat flexibel auf veränderliche Bedingungen wie aktuelle H2S-Belastung, Temperatur und Abwasseranfall reagiert. Am wichtigsten für den dortigen Zweckverband war jedoch die erhebliche Reduzierung der eingesetzten Menge an Chemikalien bei gleichbleibender und teilweise verbesserter Geruchsneutralisierung.
Arbeitsschutz mit Hilfe einer App
Die chemische Aufbereitung des Abwassers in Kläranlagen umfasst unter anderem das chemische Ausfällen zum Entfernen von Phosphor und zum Anpassen des pH-Werts. In anderen Fällen wird dem Abwasser Kohlenstoff zugesetzt, weil durch die fehlende Verfügbarkeit von Kohlenstoff die Umwandlung von Nitrat in Stickstoff in der biologischen Klärstufe gehemmt wird.
Wegen der zum Teil aggressiven Chemikalien, die für die Aufbereitung genutzt werden, muss die Dosieranlage auf die verwendeten Chemikalien abgestimmt sein (Konzentrate, gebrauchsfertige Lösungen oder Trockenchemikalien). Deshalb ist bei der Gestaltung und Auswahl der Dosieranlage unbedingt darauf zu achten, dass die Speicherbehälter, die Dosierpumpen, Rührwerke und Rohrleitungen für die entsprechenden Chemikalien geeignet sind und alle Sicherheitsvorschriften im Umgang und der Lagerung von Chemikalien eingehalten werden. Dafür hat Grundfos die Chemicals-App entwickelt. Hintergrund ist das für Kunden aus dem Bereich Wasseraufbereitung und Chemikalien-Distribution leidige Problem, dass Gebinde beim Anschluss an Dosierpumpen verwechselt werden. Die Chemicals-App stellt sicher, dass nur zuvor über die Cloud frei gegebene Gebinde von der Dosierpumpe akzeptiert werden.
Dass dies keine rein theoretische Erwägung ist, zeigt ein Unfall aus dem August 2018: Auf einer Deponie in Heßheim (Rhein-Pfalz-Kreis) traten Gefahrstoffe aus, ein Mitarbeiter starb, ein weiterer wurde schwer verletzt. Ursache für den Unfall war ein vom abliefernden Chemieunternehmen offenbar falsch etikettierter Behälter. Beim Umfüllen kam es zu unerwarteten chemischen Reaktionen.
Cloud-Lösung für smartes Entwässerungsnetz
Die Grundfos iSolutions Cloud für Abwassernetze ist eine Cloud-basierte Lösung, um den Betrieb und die Wartung im Abwassernetz zu analysieren und Optimierungspotenziale aufzuzeigen (Datenpunkt-basierte Optimierung). Sie unterstützt das Anlagenmanagement, erhöht die Betriebssicherheit und senkt die Betriebskosten, um ein smartes Entwässerungsnetz zu ermöglichen.
Die strategische Zusammenarbeit zwischen Grundfos und der dänischen Kommune Haderslev zeigt, welche konkreten Vorteile ein Abwasserentsorger durch Nutzung dieser Cloud-Lösung hat. Ziel war es, neben Verbesserungen beim Anlagenmanagement, Energie zu sparen, Fremdwasser zu ermitteln sowie Starkregenereignisse und gefährliches Hochwasser besser vorherzusehen, um die gesamte Netzeffizienz zu steigern. Die Ergebnisse dieser strategischen Zusammenarbeit:
Aus der kontinuierlichen Analyse von Pumpen und Pumpstationen über bestimmte Zeiträume hinsichtlich der Fördervolumina und des Energieverbrauchs lässt sich eine Auslastungsmatrix erstellen, die Aufschluss gibt zu möglichen Optimierungen (Energieeinsparung, Sanierungspotenziale, zu lange Verweilzeiten des Abwassers und daraus folgend die Bildung von Schwefelwasserstoff).
Pumpen- und Sensordaten ermöglichen es, zu bestimmen, ob und in welcher Form Fremdwasser zufließt (Regen- oder Grundwasser, langsam oder schnell). Die Bestimmung des Fremdwasserzuflusses gibt frühzeitig Aufschluss darüber, welche Maßnahmen im Falle einer Sanierung zu priorisieren wären.
Fehlervoraussage im Hinblick auf Anlagenmanagement und Systemoptimierung: Der Fokus liegt hier auf der frühzeitigen Ermittlung einer Fehlfunktion. Ziel sind planbare und kostensparende Wartungsintervalle; mögliche Schwachstellen im gesamten System werden ermittelt. Zum Bereich der Systemoptimierung zählen Hinweise auf eine abnehmende Pumpenleistung, zunehmende Rohrleitungswiderstände, Identifizierung von Verstopfungen, Undichtigkeiten/Defekte von Rückschlagklappen, fehlerhafte Pumpenmontagen, ungleichmäßige Pumpenauslastung und die Schalthäufigkeit der Pumpen.
Die iSolutions-Cloud für Abwassernetze ist ein Optimierungsmodul für Abwasser-Infrastrukturen. Es liefert Wissen über das Geschehen im Netz, reduziert Betriebszeiten und hilft dabei, die Effizienz zu steigern. Wichtig mit Blick auf bestehende Systeme ist außerdem, dass iSolutions herstellerunabhängig kompatibel zu allen vorhandenen Pumpstationen ist und ohne Weiteres nachträglich eingebunden werden kann.
Dezentrale Abwasserreinigung
Hierzulande weniger bekannt, entwickelt Grundfos seit Jahren mit dem Biobooster ein Konzept für modular aufgebaute, kleine, dezentrale Kläranlagen mit einem Einwohnergleichwert ab 1.000 EGW. Einsatz finden diese Anlagen in der kommunalen Abwasseraufbereitung, in Krankenhäusern und insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie.
Kernstück ist der PBR (Pressurised Biofilm Reactor), eine Membranfiltereinheit mit rotierenden Keramikmembranen. Anders als Polymermembranen müssen Keramikmembranen nicht ausgewechselt werden. Die hinterlegten Steueralgorithmen sorgen dafür, dass die Membranen sich an den Klärschlamm und die Belastung anpassen.
Auf der Grundlage des PBR-Reaktors verwendet die in Containern installierte Biobooster-Lösung ein spezielles Aufbereitungsverfahren, das die natürliche Reaktionsgeschwindigkeit von mehreren Wochen auf eine Dauer von nur wenigen Minuten senkt. Jeder Container besitzt eine spezifische Funktion, je nachdem, ob er der Vor- oder Nachbehandlung, der biologischen Behandlung, der Lagerung von Nebenprodukten, der Druckbeaufschlagung oder der Sauerstoffproduktion dient.
Während ein PBR-Biobooster durch mechanische und biologische Behandlung des Abwassers eine Rückhaltung der organischen Belastung von rund 80 Prozent erreicht, sichert der Einsatz des MBR-Bioboosters (Membrane Reactor) eine vollständige Rückführung des Wassers in hoher Qualität. Biobooster-Systeme können kundenspezifisch angepasst und auch nachträglich erweitert werden; sie beanspruchen nur etwa 15 Prozent des erforderlichen Platzbedarfs von konventionellen Lösungen.
Fazit: In Sachen Digitalisierung darf die Wasser- und Abwasserwirtschaft mit ihren kritischen Infrastrukturen gern immer etwas verzögert auftreten – der Versorgungs- und Entsorgungssicherheit geschuldet. Die Verantwortlichen sollten dennoch – auch branchenübergreifend – immer wieder prüfen, welche Lösungen sich in der Praxis bewähren. Vernetzbare Pumpensysteme bieten sich häufig als gute Ausgangsbasis für jegliche digitale Transformation an. Entscheidend ist der Mehrwert für den Betreiber, nicht das technisch Machbare.
