 In der Aufbereitung von öffentlichem Trinkwasser ist die Desinfektion ein sehr wichtiger Teil des gesamten Aufbereitungsprozesses. Die Wahl des optimalen Verfahrens hängt unter anderem von der Rohwasserqualität, dem Wasserdurchsatz, der Länge des Leitungsnetzes bis zu den Entnahmepunkten und dessen Beschaffenheit sowie den gesetzlichen Anforderungen ab. Diese variieren von Land zu Land. Ein wichtiges Kriterium sind darüber hinaus Kostenerwägungen. Gängige, auf Chlorverbindungen basierende Verfahren sind die Chlorierung mittels Chlorgas, Natriumhypochlorit oder Chlordioxid. Weitere Verfahren sind die Ozonierung sowie die Bestrahlung mit UV Licht. Optimale Ergebnisse werden häufig durch die Kombination dieser Verfahren erreicht.
Herausforderung: Umstieg auf Alternativverfahren
Gerade in größeren Trinkwasserwerken zur Versorgung mehrerer hunderttausend Menschen ist die Desinfektion mittels Chlorgas das bei weitem gängigste Verfahren, insbesondere aus Kostengründen. Größter Nachteil des Verfahrens: Die Lagerung und Dosierung von Chlorgas stellt eine nicht unerhebliche Gefahrenquelle für Personal und Umwelt dar. Aus diesem Grund ersetzen derzeit viele Trinkwasserversorger die Desinfektion durch Chlorgas mit oben genannten alternativen Verfahren. Seit Ende 2003 geschieht dies auch in allen Trinkwasserwerken rund um St. Petersburg in Russland. Hier wird auf die Desinfektion mittels Natriumhypochlorit umgestellt.
Das Wasserwerk Kronstadt bei St. Petersburg stellt mit 36.000 m3 Trinkwasser pro Tag das kleinste dieser Werke dar. Auch dort wurde das Trinkwasser bisher mittels Chlorgasdosierung desinfiziert. Dieser Prozess, der manuell und nicht automatisiert ablief, war auf eine vollautomatische Desinfektion mittels Natriumhypochlorit-Dosierung umzustellen - ein typischer Chemical-Fluid-Handling-Prozess. Das Gesamtkonzept umfasst die Anlieferung der konzentrierten Chemikalie, deren Lagerung und den Transfer zu den Dosierstellen, bis hin zur geregelten Dosierung, inklusive der notwendigen Mess- und Regeltechnik sowie der automatischen Prozesssteuerung, -überwachung und -visualisierung.
Spitzenbelastungen im Griff
Um eine korrekte Auslegung und Dimensionierung der Anlage vornehmen zu können, wurden zunächst die Wasserqualität sowie der Wasserdurchsatz und die zeitlichen Schwankungen beider Größen über einen längeren Zeitraum hinweg analysiert und ausgewertet. Daraus ergab sich die Notwendigkeit, das Trinkwasser im Normalbetrieb mit einer zwölfprozentigen Natriumhypochlorit-Lösung zu desinfizieren. Zusätzlich musste die Möglichkeit zur Desinfektion mit einer 19-prozentigen Lösung vorgesehen werden, um auch bei unregelmäßig auftretenden Spitzenbelastungen des Rohwassers, zum Beispiel durch verstärkten Schmutzeintrag bei starken Regenfällen, die gewünschte Desinfektionswirkung zu erreichen. Basierend auf diesen Eckdaten wurde ein modular konzipiertes Chemical-Fluid-Handling-System entwickelt. Im vorliegenden Fall kam nur ein einziges Modul zum Einsatz, welches für die Behandlung der 36.000 m3 Trinkwasser ausreichend ist. In anderen Wasserwerken der Region St. Petersburg wurde das System durch die Installation mehrerer Module an die höheren Wasserdurchsätze angepasst.
Aufbau des Moduls
Die 19-prozentige Natriumhypochlorit-Lösung wird mittels magnetisch gekuppelter Chemikalientransferpumpen vom Typ ProMinent® vonTaine® vom Anlieferpunkt zu einem Vorratsbehälter aus Polyethylen mit einem Fassungsvermögen von 8 m3 gefördert. Dieses Konzentrat wird mittels einer automatisierten Verdünnungsstation auf zwölf Prozent verdünnt. Dazu wird der Wasserstrom über einen induktiven Durchflussmesser erfasst. Das Messsignal wird in einer lokalen Steuerung verarbeitet und steuert zwei Dosierpumpen vom Typ ProMinent® Makro TZ an. Diese verfügen über einen drehzahlgeregelten Motor und integrierten Frequenzumformer, wodurch eine Dosiergenauigkeit von +/- 2 Prozent erreicht wird. Neben der Dosieraufgabe übernehmen diese Pumpen gleichzeitig die Förderung der verdünnten Lösung in zwei Vorlagenbehälter mit einem Fassungsvermögen von je 20 m3. Im Normalbetrieb erfolgt die geregelte Dosierung der zwölfprozentigen Natriumhypochlorit-Lösung in jeden der zwei Trinkwasserstränge mittels drei Motordosierpumpen vom Typ ProMinent® Sigma.
Im Falle von Spitzenbelastungen des Rohwassers wird die unverdünnte Lösung direkt aus dem Konzentrationsbehälter mittels zweier weiterer Motordosierpumpen vom Typ Sigma in die Trinkwasserleitung dosiert. Um eine geregelte Dosierung und zugleich eine Überwachung der Chlorkonzentration im Trinkwasser zu gewährleisten, wird die Chlorkonzentration hinter den Dosierpunkten in jedem Trinkwasserstrang mittels einer Chlorsonde vom Typ ProMinent CTE und einem Messumformer vom Typ ProMinent® DMTa gemessen.
 Sämtliche Dosierungen werden über ein Regelgerät vom Typ ProMinent® D1Ca geregelt. Die Steuerung und Überwachung des Gesamtsystems inklusive Füllstandsanzeige und Leckageüberwachung erfolgt mittels einer SPS vom Typ Siemens S7. Die Steuerung sowie die Messumformer und das Regelgerät sind in einem zentralen Schaltschrank untergebracht. Ein großes Farbdisplay im Schaltschrank zeigt ein Rohrleitungs- und Instrumentierungs-Schaltbild, über welches jederzeit der Zustand aller Anlagenparameter auf einen Blick erkennbar ist: zum Beispiel welche Ventile geöffnet oder geschlossen sind, welche Pumpen sich in Betrieb oder außer Betrieb befinden, wie der momentane Füllstand der Lagerbehälter ist oder welche Chlor-Konzentration augenblicklich im Trinkwasser vorhanden ist. Für Anzeige und Bedienung kann der Anlagenbediener zwischen russischer und deutscher Sprache wählen.
Um den gesamten Prozess möglichst ausfallsicher zu gestalten, ist für sämtliche Pumpenjeweils eine Stand-by-Pumpe in den Prozess integriert. Der Prozess wird vollautomatisch gesteuert; bei kritischen Anlagenzuständen wird die Bedienmannschaft gewarnt. Sämtliche Anforderungen für den Gewässerschutz sind erfüllt, zum Beispiel durch die Verwendung von Behältern mit Auffangwannen gemäß Vorschriften DVS und Überfüllsicherungen und Leckagesonden mit WHG-Zulassung. Zudem sind alle Behälter mit Ultraschall-Füllstandsmessungen ausgerüstet. Das Gesamtkonzept wird durch eine intensive Unterstützung des Wasserwerkes bei der Installation und Inbetriebnahme der Anlage
vor Ort durch den Lieferanten abgerundet.
Ergebnis
In diesem Projekt wurde von Anfang an darauf geachten, die verwendeten Systemkomponenten optimal aufeinander abzustimmen und zu vernetzen sowie den Gesamtprozess zu betrachten. Beginnend bei der Chemikalienanlieferung und -lagerung bis dorthin, wo das Natriumhypochlorit im Trinkwasser das Wasserwerk wieder verlässt. Durch die Optimierung des Gesamtprozesses konnten eine Reihe von Vorteilen in Bezug auf Kosten, Prozessqualität
und Prozesssicherheit realisiert werden:
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Es besteht kein Gefahrenpotenzial, da die Chemikalien in unkritischen Konzentrationen gelagert werden.
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Die Anforderungen für den Gewässerschutz sind erfüllt.
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Es ist kein Betriebspersonal notwendig, da die Anlage vollautomatisch arbeitet und praktisch wartungsfrei ist.
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Zur Überwachung der Anlage ist kein Fachpersonal notwendig, da auftretende Fehler sehr einfach zu erkennen sind.
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Die Anlage ist hochverfügbar, da alle Anlagenteile redundant ausgelegt sind.
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Es ist eine problemlose Inbetriebnahme gewährleistet, da sämtliche Hauptkomponenten der Anlage von einem einzigen Hersteller stammen und damit eine reibungslose Vernetzung gewährleistet ist.
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Darüber hinaus findet bei der Inbetriebnahme eine Unterstützung durch den Lieferanten statt.
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Das Wasserwerk konnte die Umstellung mit einem einzigen Partner umsetzen, wodurch sich der Abstimmungsaufwand erheblich verringerte.
Die Vorteile wurden insbesondere auch dadurch realisiert, dass die Gesamtanlage aus einer Hand konzipiert, geliefert und in Betrieb genommen wurde.
Das Urteil des Kunden
"Mit der wartungsfreien ProMinent Lösung können wir die Wasseraufbereitung nahezu ohne jedes Personal, aber trotzdem in höchstem Maße sicher durchführen."
Grigori Bass, Geschäftsführer Firma SENS O.O.O., St. Petersburg |