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Trinkwasser-Versorgung Sauberes Wasser ist ein Menschenrecht und Automatisierung ist Teil der Realisierung

| Autor / Redakteur: Michael Ziesemer / Wolfgang Leppert

Nach einer Schätzung der UN haben etwa 1,2 Mrd. Menschen keinen regelmäßigen Zugang zu sauberem und hygienisch einwandfreiem Wasser. Diese Zahl muss alarmieren. Die betroffenen Menschen erleiden nicht nur einen großen Verlust an Lebensqualität, sie sind auch häufiger von Seuchen und Infektionskrankheiten betroffen. Sauberes Wasser für die weiter wachsende Weltbevölkerung ist also ein brennendes Problem. In die Anlagen zur Wassergewinnung und Wasserverteilung wird deshalb verstärkt investiert. Dies ist ohne moderne Automatisierungstechnik nicht mehr denkbar.

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Plitvicer Seen in Kroatien: Nachhaltige Entwicklung bedeutet auch langfristigen Schutz der aquatischen Natur.
Plitvicer Seen in Kroatien: Nachhaltige Entwicklung bedeutet auch langfristigen Schutz der aquatischen Natur.
( Archiv: Vogel Business Media )

Automatisierung in der Wassertechnik beginnt mit der Messung verschiedener Größen im Prozess. Dazu gehört beispielsweise die Messung des Füllstands in Brunnenschächten für die Wassergewinnung oder die Erfassung ganzer Profile des Grundwasserspiegels. Auf der Grundlage von Durchfluss- und Druckmessungen wird die Wasserverteilung gesteuert. Aber sie finden sich auch in den Anlagen zur Wasseraufbereitung. Von großer Bedeutung sind Geräte und Systeme der Analysenmesstechnik, mit denen die Qualität von Roh- und Trinkwasser überwacht und geregelt wird. Parameter wie der pH-Wert, Trübung und gelöster Sauerstoff werden hier ebenso gemessen wie der gelöste organische Kohlenstoff. Die aus dem Prozess gewonnenen Messwerte werden in Automatisierungssystemen verknüpft und verarbeitet, um Stellwerte zu gewinnen, die über Stellantriebe und Pumpen die Prozesse dann wieder steuern.

Die ganzheitliche Sicht bedeutet Vernetzung und Integration

Wasserversorgung ist Teil der Daseinsvorsorge für die Menschen. Sie wird deshalb durch das Leitbild der nachhaltigen Entwicklung geprägt, welches der UN Erdgipfel 1992 beschrieben hat. Das heißt, dass der langfristige Schutz der aquatischen Natur und der vorhandenen Ressourcen gleichberechtigt neben dem eigentlichen Ziel von Wasserversorgung steht, nämlich Wasser in ausreichender Menge, guter Qualität und zu annehmbaren wirtschaftlichen Bedingungen bereitzustellen. Eine ganzheitliche Sichtweise ist also gefragt. Für die Automatisierungstechnik heißt das Vernetzung.

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Die Systemwelt in der Wasserversorgung ist deshalb durch zunehmende Integration geprägt. Durch datentechnische Vernetzung wird es möglich, die aktuellen Messwerte und Schaltzustände der Anlage zentral für das Betriebspersonal auszulesen. So lässt sich beispielsweise Spitzenlast viel ressourcenschonender bewältigen als wenn verschiedene Teilanlagen der Wasserversorgung autonom betrieben werden. Nachhaltigkeit führt aber auch dazu, dass bereits die Wasservorkommen qualitätsüberwacht und geregelt werden. Wasserrecycling gewinnt weiter an Bedeutung, was den verstärkten Einsatz von Analysenmesstechnik erfordert. Es wird auch die Vernetzung von Systemen zur Steuerung der Wasserversorgung und der Abwasserentsorgung erfordern, da Abwasser nicht mehr als Abfall, sondern als Rohstoff betrachtet werden muss.

Schwindende Wasservorräte bedingen hohe Anlagen-Investitionen

In den Entwicklungs- und Schwellenländern, in Megacities und urbanen Konglomeraten fehlt Trinkwasser. Die Wasser- und Abwasseranlagen sind häufig chronisch überlastet. Gleichzeitig wird der Klimawandel das verfügbare Rohwasser in den nächsten Jahren vermutlich reduzieren. Das vierte Weltwasserforum der UN in Mexico City hat abgeschätzt, dass sich die Wasservorräte in den nächsten zehn Jahren um ein Viertel reduzieren werden. Höhere Temperaturen führen zu einem stärkeren Wasserbindungsvermögen der Atmosphäre. Vor allem topografische und mikroklimatische Faktoren werden zu lokalen und regionalen Problemen führen. Aride und semiaride Regionen im nahen Osten, im Mittelmeerraum, Australien, Lateinamerika, Afrika und Asien werden davon besonders betroffen sein. Diese Probleme werden nur über große Investitionen in Anlagen zur Trinkwassergewinnung aus Abwasser und zur Meerwasserentsalzung zu lösen sein.

Meerwasser-Entsalzungsanlagen arbeiten heute meist nach dem Prinzip der Umkehrosmose. Es sind komplexe verfahrenstechnische Anlagen, die von einer ausgefeilten Automatisierungstechnik gesteuert werden. Es geht dabei vor allem um die Energieeffizienz dieser Anlagen, die elektrische Energie in hohem Ausmaß benötigen. Abwasser wird meist gereinigt und dient per Infiltration der Grundwasseranreicherung. Rohwasser wird dann wieder dem Grundwasser entnommen. Das Thema für die Automatisierungstechnik heißt hier wiederum datentechnische Vernetzung. Lichtleitersysteme kommen zum Einsatz. Die Sensoren in ausgedehnten Topografien zur Grundwasser-Überwachung werden energieautonom über Batterien oder Photovoltaik betrieben und liefern ihre Messwerte drahtlos per Funkübertragung.

Auch ein sinkender Wasserverbrauch bereitet Probleme

Verzeichnen wir in den Megacities der Entwicklungs- und Schwellenländer einen wachsenden Trinkwasserverbrauch, so finden wir in Deutschland und anderen entwickelten Industrieländern ganz andere Probleme. Der Trinkwasserverbrauch sinkt. Noch braucht jeder Deutsche im Schnitt 127 l Wasser pro Tag – Tendenz fallend, da jeder stolz darauf ist, Wasser zu sparen. Demografie und Abwanderung lassen den Verbrauch weiter sinken. Für das Land Brandenburg wird beispielsweise geschätzt, dass bis 2010 der Wasserverbrauch um ein Viertel schrumpfen wird. Und auch das führt zu Problemen: Der Preis pro Liter steigt dramatisch, da die Kosten der Wasserversorgung im Wesentlichen fixe Kosten sind. Dies erfordert eine Steigerung der Effizienz, die nur durch bessere Anlagen und Automatisierungstechnik erreichbar ist.

Ein sinkender Verbrauch führt aber auch zu einer längeren Verweildauer des Wassers im Netz. Die Folge ist Qualitätsverlust, es kann zur Wiederverkeimung kommen. Der Betrieb der Netze muss deshalb optimiert werden. Dies verfordert Simulationstools. So kann der Rückbau von Netzen auf das absolut notwendige Maß verringert werden. Neue Analysenmesstechnik wird ebenfalls verstärkt zum Einsatz kommen. Es geht darum, Antibiotika zu detektieren oder Bakterien und Viren. Die Analyse soll dabei möglichst inline ohne Probenentnahme erfolgen. Das kann beispielsweise die UV-Spektroskopie leisten.

Kostbares Wasser verliert sich in Netz-Leckagen

Eine weitere Problemstellung ergibt sich aus dem Alter der Netze. In Deutschland gibt es 346.000 km Wasserversorgungsleitungen. Davon sind fast 50% älter als 50 Jahre, sechs Prozent sind älter als 100 Jahre. In der Folge gehen acht Prozent des teuer erzeugten Wassers durch Leckagen wieder verloren. In Großbritannien sind es sogar 29%. Deshalb müssen Überwachungs- und Diagnosetools helfen, diese Verluste zu senken, indem Leckagen im Netz automatisch detektiert und angezeigt und nicht mehr gesucht werden müssen.

IT-Sicherheitssysteme als wertvolle Bausteine der Automatisierungs-Architektur

Wasserversorgung ist Teil der Daseinsvorsorge für den Menschen. Deshalb werden hohe Sicherheitsanforderungen an sie gestellt. Dies betrifft sowohl die Sicherheit gegen Ausfall durch technische Fehler als auch den Schutz gegen Sabotage. In der Automatisierung werden Systeme deshalb redundant aufgebaut, Notstromversorgungen werden bereitgestellt. Das Thema IT-Sicherheit ist von ebenso großer Bedeutung, da viele Standardkomponenten aus der Bürokommunikation verwendet werden. Firewalls, Virenschutz, Zugangs- und Passwortsysteme sind deshalb unabdingbar und Teil der Automatisierungsarchitektur geworden.

Automatisierungstechnik ist Teil moderner Anlagen in der Wassergewinnung und Verteilung. Deutsche Hersteller haben dabei eine weltweit führende Position – Großunternehmen und viele Mittelständler gehören dazu. Sie dienen auch den Herstellern entsprechender Maschinen und Anlagen. Und sie erzeugen Produkte und Dienstleistungen im Wert von über 1 Mrd.€ pro Jahr — bei einer Exportquote von 50%.

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