24/7 unter Druck

1.500 Kubikkilo­me­ter (!) Abwas­ser fal­len jähr­lich ­welt­weit an. Eine unge­heu­re Men­ge, die, wenn sie nicht ent­spre­chend auf­be­rei­tet wird, den glo­ba­len Trink­was­ser­kreis­lauf auf Dau­er gefähr­den wird. In Kon­stanz am Boden­see sind Risi­ken und Lösun­gen die­ses Pro­blems all­ge­gen­wär­tig.

Rund 35 Pro­zent aller Men­schen welt­weit haben heu­te kei­nen Zugang zu sau­be­rem Trink­was­ser. Bis vor weni­gen Jahr­zehn­ten war man­geln­de Gewäs­ser­gü­te auch am Boden­see ein Pro­blem. Denn noch bis weit in die 60er Jah­re flos­sen Abwäs­ser weit­ge­hend unge­klärt in das Mare Sue­bi­cum, das der gesam­ten Regi­on als Trink­was­ser­re­ser­voir dient.

In den 50er Jah­ren begann der Phos­ph­or­ge­halt dras­tisch zu stei­gen. Neue künst­li­che Dün­ge­mit­tel, der Sie­ges­zug von was­ser­ge­spül­ten Toi­let­ten und die mas­sen­wei­se Ver­brei­tung von Wasch- und Spül­ma­schi­nen sorg­te für eine ganz neue Abwas­ser­si­tua­ti­on. Dazu stieg die Bevöl­ke­rungs­zahl rund um den Boden­see deut­lich an. Indus­trie- und Schlacht­hof­ab­wäs­ser gelang­ten unge­klärt in den See. Die Fol­ge waren mas­si­ve Algen­blü­ten, die dem See den Sauer­stoff ent­zo­gen und ihn mehr­mals fast zum Umkip­pen brach­ten.

1959 grün­de­te sich die Inter­na­tio­na­le Gewäs­ser­schutz­kom­mis­si­on, die die Abwas­ser­be­hand­lung der Anrai­ner­staa­ten koor­di­nie­ren soll­te. Dort wur­de beschlos­sen, dass Klär­an­la­gen und Abwas­ser­ka­nä­le den Boden­see schüt­zen soll­ten. Die ers­te Stu­fe der Kon­stan­zer Zen­tral­klär­an­la­ge ging 1966 an den Start. Erst 1968 wur­de die bio­lo­gi­sche Rei­ni­gungs­stu­fe fei­er­lich ein­ge­weiht. Doch es soll­te noch rund 20 Jah­re dau­ern, bis der Boden­see nicht mehr von Algen­blü­ten und bio­log­scher Ver­ödung bedroht war.

Abwas­ser rein, Trink­was­ser raus

Mitt­ler­wei­le hat sich die Situa­ti­on wesent­lich ver­bes­sert. Und das trotz Ein­lei­tung der zuvor gerei­nig­ten Abwäs­ser. Das ver­langt eine beson­ders gründ­li­che Rei­ni­gung, damit das Abwas­ser nicht zum Pro­blem für das flüs­si­ge Lebens­mit­tel wird. Für die­se Auf­ga­be sind die Ent­sor­gungs­be­trie­be der Stadt Kon­stanz zustän­dig.

Die Ent­sor­gungs­be­trie­be Stadt Kon­stanz (EBK) sind das größ­te kom­mu­na­le Ent­sor­gungs­un­ter­neh­men im Boden­see­raum. Die rund 110 Mit­ar­bei­ten­den beschäf­ti­gen sich schwer­punkt­mä­ßig mit der Abfall­wirt­schaft sowie der Abwas­ser­ab­lei­tung und ‑rei­ni­gung. In der Zen­tral­klär­an­la­ge wer­den täg­lich bis zu 40 Mil­lio­nen Liter Abwas­ser behan­delt, das in der Gemar­kung Kon­stanz, den Gemein­den Allens­bach und Rei­chen­au sowie der Schwei­zer Stadt Kreuz­lin­gen und den dor­ti­gen Gemein­den Täger­wi­len und Gott­lie­ben anfällt. Das ent­spricht etwa 175.000 Ein­woh­ner­wer­ten. Auf dem Weg vom Ver­schmut­zer bis zur Klär­an­la­ge muss das Abwas­ser grö­ße­re Stre­cken im etwa 295 Kilo­me­ter umfas­sen­den Kanal­netz sowie Höhen­un­ter­schie­de über­win­den. Dafür kom­men 26 Pump­wer­ke zum Ein­satz. Das Regen­was­ser wird in 16 Regen­was­ser­be­hand­lungs­an­la­gen sowie vier Regen­klär­be­cken auf­ge­fan­gen und auf­be­rei­tet, bevor es in den Boden­see gelangt.

Schwerst­ar­beit für eine Bau­grup­pe, ohne die es nicht geht, wenn Was­ser durch Roh­re und Becken gelei­tet wer­den muss: Vier gro­ße Hidro­st­al­pum­pen mit je 75 KW Leis­tung arbei­ten im Zulauf­pump­werk in Kon­stanz, wenn es tro­cken ist, sowie drei wei­te­re leis­tungs­star­ke Pum­pen bei Regen­wet­ter. Min­des­tens eine der vier Schwer­ar­bei­ter läuft immer, also 24 Stun­den an sie­ben Tagen pro Woche. Die dafür nöti­ge Ener­gie ist beacht­lich: Rund 560 Mega­watt Ener­gie benö­ti­gen die Pum­pen für ihre för­dern­de Tätig­keit.

Den Über­blick behal­ten

An die­ser Stel­le, dem Ener­gie­ver­brauch und dem War­tung­mo­ni­to­ring, setz­ten die Exper­ten von Phoe­nix Con­tact, die die Effi­zi­enz der Gesamt­an­la­ge ver­bes­sern soll­ten, an. Wür­de hier eine Opti­mie­rung statt­fin­den, könn­te die größ­te Men­ge an Ener­gie ein­ge­spart wer­den.

Elek­tro­tech­nik­meis­ter Tho­mas Geiz, der im Lösungs­ver­trieb der Was­ser­wirt­schaft von PxC tätig ist, erklärt: „Wir betrach­te­ten dabei nicht nur den Wir­kungs­kreis von Pum­pe und Antriebs­mo­tor. Wir haben uns zunächst den Anla­gen­wir­kungs­grad ange­schaut. Bei wel­chem Betriebs­punkt ist das Ver­hält­nis aus zuge­führ­ter elek­tri­scher Leis­tung zur geför­der­ten Abwas­ser­men­ge am bes­ten? In einer sol­chen Über­le­gung spie­len neben dem Wir­kungs­grad von Pum­pe und ­Motor eben­falls Aspek­te wie die Rohr­ver­le­gung, der Saug­druck der Pum­pe sowie wei­te­re mecha­ni­sche und hydrau­li­sche Gegeben­heiten eine wich­ti­ge Rol­le.

Dazu kommt die Ver­füg­bar­keit der Pum­pen sowie der War­tungs- und Instand­hal­tungs­auf­wand, der nötig ist, um den 24/7‑Betrieb auf­recht zu hal­ten. In den letz­ten Jah­ren gab es kost­spie­li­ge Repa­ra­tu­ren an den Pum­pen. Die Ursa­che konn­ten wir nur bedingt klä­ren.“

Mit dem „Pump­Mo­ni­tor“ kommt hier eine instal­la­ti­ons­fer­ti­ge Schalt­schrank­lö­sung zum Ein­satz, die dem ganz­heit­li­chen Moni­to­ring von Pum­pen und Moto­ren als auch der Effi­zi­enz­stei­ge­rung dient. Im Rah­men der Zustands­über­wa­chung bewer­tet das Sys­tem dabei mecha­ni­sche, hydrau­li­sche und elek­tri­sche Ver­schleiß­in­di­ka­to­ren.

Hart­mut Appelt, als Sach­ge­biets­lei­ter Abwas­ser­che­mie bei den EBK tätig, weist auf einen wei­te­ren wich­ti­gen Vor­teil des Pump­Mo­ni­tors hin: „ Wir haben die Effi­zi­enz­über­wa­chung mit­tels einer Mes­sung im lau­fen­den Betrieb akti­viert und sofort den aktu­el­len Zustand der Pum­pen erfasst. Das Sys­tem eig­net sich also für eine Anla­ge mit Bestand­spum­pen. Nach der Ermitt­lung des bes­ten Arbeits­punkts und Wir­kungs­grads der Anla­ge wer­den uns die Wer­te als sofort deut­ba­re Ampel und abso­lu­te Zahl ange­zeigt.“

Über­wa­chung Schritt für Schritt

Fach­mann Geiz führt wei­ter aus: „Von die­sem Punkt aus­ge­hend lässt sich nun über­wa­chen, wie sich die Anla­ge wäh­rend ihrer Lebens­zeit ver­än­dert. Zudem wird das Betriebs­per­so­nal infor­miert, sobald sich der Wir­kungs­grad ver­schlech­tert. Die Aus­wer­tung die­ser Para­me­ter eben­so wie der Zustands­grö­ßen erfolgt direkt im Pump­Mo­ni­tor, sodass die EBK-Mit­ar­bei­ter durch die Ampel­dar­stel­lung immer eine ein­fa­che Über­sicht über den Zustand der Pum­pen erhal­ten. Tritt hier oder bei der Effi­zi­enz eine Ver­än­de­rung auf, kön­nen sie in der erwei­ter­ten Ansicht genau sehen, was der Grund dafür ist.“

Im ers­ten Schritt ist zunächst eine der Tro­cken­wet­ter­pum­pen mit dem Moni­to­ring-Sys­tem aus­ge­rüs­tet wor­den, um prak­ti­sche Erfah­run­gen zu sam­meln. Die Test­pha­se ver­lief rei­bungs­los, mitt­ler­wei­le wer­den auch die übri­gen Pum­pen mit „ihrem“ Pump­Mo­ni­tor abge­si­chert und über­wacht.

Die EBK-Mit­ar­bei­ter haben die Lösung selbst­stän­dig in das Pro­zess­leit­sys­tem der Klär­an­la­ge ein­ge­bun­den. Aus den mög­li­chen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­stan­dards – wie OPC, Mod­bus TCP oder Pro­fi­net – ent­schie­den sie sich für das Pro­fi­net-Pro­to­koll. Da es eine doku­men­tier­te und defi­nier­te Daten­struk­tur zur Über­nah­me der Infor­ma­tio­nen aus dem Pump­Mo­ni­tor-Sys­tem gibt, ver­ein­fach­te sich die Umset­zung. „Die Mög­lich­keit, im Rah­men der Pro­gram­mie­rung Bei­spiel­pro­gram­me auf der über­la­ger­ten, als Pro­fi­net-Mas­ter fun­gie­ren­den Steue­rung von Phoe­nix Con­tact zu nut­zen, hat eben­falls zur schnel­le­ren Umset­zung der Auf­ga­be bei­getra­gen“, berich­tet Appelt. Weil die Klär­an­la­ge über ein Auto­ma­ti­sie­rungs­sys­tem mit Pro­fi­net-Funk­tio­na­li­tät von Phoe­nix Con­tact ver­fügt, war dies der ein­fachs­te Weg in die Leit­war­te.

Der­ma­ßen gewapp­net bli­cken die Kon­stan­zer gelas­sen in die Zukunft, wenn es um die Sau­ber­keit ihres „schwä­bi­schen Mee­res“ geht.

Phoe­nix Con­tact Was­ser- und Abwas­ser­wirt­schaft
Der Pump­Mo­ni­tor

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