PROZESSAUTOMATISIERUNG & DIGITALISIERUNG

Modernisierung der Mehrschichtfiltration

Frequenzumrichter regeln Spülwasserpumpen

Im Wasserwerk des Zweckverbands Wasserversorgung Kleine Kinzig wurden im Zuge der Modernisierung der Mehrschichtfiltration zwei kleine Spülwasserpumpen mit Schieberdrosselung durch große, hocheffiziente Andritz-Pumpen ersetzt. ABB-Frequenzumrichter ACQ580 regeln die neuen Pumpen. Die neue Lösung ist nicht nur energetisch günstiger, sondern sorgt auch für die gewünschte Redundanz. 

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Die beiden großen Andritz-Pumpen gewährleisten eine Redundanz des Systems. Quelle: ABB
ABB Motion Deutschland

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Für Naturliebhaber ist die Talsperre Kleine Kinzig ein beliebtes Ausflugsziel. Sie liegt nahe der Stadt Alpirsbach im Nordschwarzwald in einem fast unberührten, großteils bewaldeten Gebiet. Neben ihrer Erholungsfunktion erfüllt die Talsperre des Zweckverbands Wasserversorgung Kleine Kinzig (WKK) einen weiteren bedeutenden Zweck. Sie ist nämlich die Einzige in Baden-Württemberg, die zur Trinkwasserversorgung genutzt wird. 

Um den strengen Anforderungen der Trinkwasserverordnung zu genügen, muss das bereits sehr gute Rohwasser der Talsperre aufbereitet werden. Das geschieht in dem unterhalb von ihr gelegenen Wasserwerk des Zweckverbands, wo das Wasser mehrere Reinigungsstufen durchläuft. 

Nach der Vorreinigung und Teilstromaufhärtung findet durch Ozonung eine Mikroflockung und Inaktivierung von Mikroorganismen statt. Die entstandenen Flocken werden anschließend in der Mehrschichtfiltration abgetrennt. Das Wasser passiert dort dafür verschiedene, aus Hydroanthrazit und Quarzsand bestehende Filtrationsschichten.

Regelmäßiges Spülen der Mehrschichtfilter​

Um die volle Wirksamkeit der fünf Mehrschichtfilter zu gewährleisten, werden sie in regelmäßigen Zeitabständen durch Spülen mit Wasser und Luft gereinigt und Ablagerungen aus den Filtern ausgespült. Im Zuge einer energetischen Sanierung und Prozessoptimierung aller Anlagenteile des Wasserwerks wurden auch die in die Jahre gekommenen und nicht mehr dem Stand der Technik entsprechenden Spülwasserpumpen erneuert, um einen wirtschaftlich optimierten Betrieb für die Filterrückspülung zu erzielen.

Steffen Winter ist Abteilungsleiter Elektrotechnik bei der WKK. Er erläutert: „Je nach Verschmutzungsgrad werden verschiedene Durchflussmengen an Spülwasser benötigt. Die Spülung erfolgte in der Vergangenheit durch zwei kleinere Pumpen, die in bestimmten Spülschritten parallel laufen mussten. Die Durchflussmenge wurde mittels eines Schiebers reguliert. Überschritt die benötigte Fördermenge eines Spülschritts die maximale Förderleistung der Pumpe, wurde die zweite Pumpe zugeschaltet.“

Die Talsperre Kleine Kinzig mit Wasserwerk. Quelle: WKK

Vollständige Redundanz durch neue Pumpen

Im Rahmen der Erneuerungsmaßnahmen wurde auch entschieden, eine Redundanz bei den Spülwasserpumpen zu schaffen. Fiel früher eine Pumpe aus, konnte die erforderliche Fördermenge unter Umständen nicht erbracht werden. „Wir haben jetzt zwei große Andritz-Pumpen mit einem hohen hydraulischen Wirkungsgrad und einer Förderleistung von bis zu 2.800 Kubikmetern pro Stunde installiert. Jede einzelne Förderpumpe deckt die gesamte Bandbreite der benötigten Wassermengen ab. Redundanz ist dadurch gewährleistet“, ergänzt Steffen Winter. 

Zwei ABB-Frequenzumrichter ACQ580 regeln die Andritz-Pumpen. Die Wandgeräte haben eine Leistung von je 250 Kilowatt. Der robuste und kompakte ACQ580 wurde speziell für die Bedürfnisse der Wasser- und Abwasserbranche entwickelt. Er verfügt über pumpenspezifische Applikationsregelungsprogramme, die helfen, einen optimalen Betrieb der Wasser- beziehungsweise Abwasserpumpe sicherzustellen und Stromkosten zu senken. Die vorprogrammierten Pumpenregelungsfunktionen können mit Assistenten einfach ausgewählt und aktiviert werden.

Im Wasserwerk werden die pumpenspezifischen Funktionen der beiden Umrichter noch nicht genutzt. Bislang beschränkt sich ihre Aufgabe auf die Drehzahlregelung der Spülwasserpumpen. Die Drehzahl wird dabei durch den Sollwert des Leitsystems geregelt und dem jeweiligen Bedarf angepasst.

Die fünf Mehrschichtfilter des Wasserwerks müssen regelmäßig gespült werden. Quelle: ABB

Zwei ABB-Frequenzumrichter ACQ580 regeln heute die neuen, hocheffizienten Andritz-Pumpen. Quelle: ABB

Die Anzahl der Rückspülungen und die Spülwassermengen hängen von der Wasserqualität ab. Im Labor des Wasserwerks wird das Wasser kontinuierlich beobachtet und berechnet, wann rückgespült werden muss. Die Frequenzumrichter werden über das Leitsystem angesteuert, um die Pumpenleistung bedarfsgerecht zu regeln. „Durch die Frequenzumrichter kann nun die Wassermenge exakt auf die jeweils benötigte Spülwassermenge angepasst werden“, so der Abteilungsleiter. 

Interessant findet Steffen Winter die standardmäßige Modbus RTU-Feldbusschnittstelle des ACQ580. Die Wasserqualität wird in dem Wasserwerk über Modbus RTU gemessen. So sei es vorstellbar, die Soll-Istwert-Überwachung der entsprechenden Parameter direkt auf die Frequenzumrichter zu schalten, die dann die Fördermenge selbstständig regeln. 

Positiv bewertet er auch die Leiterplatten mit Schutzlack: „Die robuste Ausführung des Umrichters ist sinnvoll. Wir haben zwar eine Entfeuchtungsanlage für unsere Maschinenhalle. Bei einem Ausfall kann es aber ziemlich feucht in der Halle werden. Dann ist es gut, einen Schutz zu haben.“ Im Juli 2024 wurde die erste Andritz-Pumpe in Betrieb genommen, die zweite folgte rund zwei Monate später. Einmal eingestellt, laufen die ABB-Frequenzumrichter seitdem reibungslos. 


Zweckverband Wasserversorgung Kleine Kinzig

Der Zweckverband Wasserversorgung Kleine Kinzig ist einer von vier Fernwasserversorgern in Baden-Württemberg und besitzt die einzige Trinkwassertalsperre in dem Bundesland. Über ein circa 220 Kilometer langes Rohrnetz wird das Trinkwasser an die 32 Verbandsmitglieder (Städte, Gemeinden und weitere Zweckverbände) verteilt. 2024 werden rund 350.000 Einwohner:innen aus dem Trinkwasserreservoir des Zweckverbands versorgt. 

Autor


Boris Vaihinger

Branchenmanager Wasser und Abwasser
ABB Motion Deutschland


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