GEWINNUNG & NUTZUNG

Eisenentfernung durch geregelte Luftzufuhr

Automatisierte Regelsysteme zur Enteisenung von Wasser

Bei der Trinkwasseraufbereitung müssen ganz unterschiedliche Stoffe hinzugefügt oder entfernt werden. Letzteres trifft beispielsweise auf Eisen zu. In Wasser gelöst ist es für die menschliche Gesundheit oder die Umwelt zwar nicht generell gefährlich, bringt allerdings etliche Unannehmlichkeiten mit sich: Es trübt das Wasser rostbraun, kann Wäsche, sanitäre Einrichtungen und mit ihm hergestellte Lebensmittel verfärben sowie einen unangenehmen metallischen Geschmack verursachen. Zudem kann Eisen aufgrund von Ferrobakterien zu Korrosion in Leitungen führen. Trinkwasser wird deshalb im Wasserwerk belüftet, damit die Eisenionen durch Oxidationsreaktionen als Eisenhydroxid (Fe(OH)3) ausfallen, also Partikel bilden, die sich ausfiltern lassen. 

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Um im Wasser gelöstes Eisen zu entfernen, wird bei der Trinkwasseraufbereitung dem Rohwasser Luft oder technischer Sauerstoff zugeführt. Die benötigte Menge ist in vielen Wasserwerken auch heute oft noch ein Erfahrungswert und wird vom Wassermeister mit hohem Zeitaufwand manuell je nach Druck und Durchfluss angepasst. Ein Zuviel hat dabei keine gesundheitlichen Folgen. Das Wasser wird allerdings sprudelig weiß und es wird entweder zu viel technischer Sauerstoff verbraucht als notwendig oder Kompressoren laufen unnötig lange. Beides kostet den Betreiber unnötig Geld. Unterdosierung ist noch kritischer: Sie führt zu Ablagerungen in Rohrleitungen sowie Behältern und die Folge sind hohe Kosten für die personalintensiven Reinigungsarbeiten. Abhilfe schaffen hier automatisierte Regelsysteme, die die für eine optimale Enteisenung notwendige Sauerstoff- oder Luftmenge an den Eisengehalt, den Rohwasserdurchsatz und den Druck anpassen. Eine Umrüstung auf eine solche kostensparende Lösung ist im laufenden Betrieb möglich. Das Wasserwerk Brokstedt im Kreis Steinburg in Schleswig-Holstein liefert dafür ein Beispiel.

Oxidationsboxen für eine druckunabhängige Belüftung

Das Wasserwerk Brokstedt ist als reines Grundwasserwerk mit vier 60 Meter tiefen Förderbrunnen konzipiert und seit 1978 in Betrieb. Es gehört zum Wasserbeschaffungsverband (WBV) Mittleres Störgebiet und versorgt, zusammen mit einem weiteren Wasserwerk in Nordoe, circa 17.500 Einwohner in 33 Gemeinden mit jährlich circa 1,1 Millionen Litern Trink- und Brauchwasser. Die sichere Wasserversorgung der Kommunen ist eine generationenübergreifende Aufgabe. Immer wieder stehen deshalb Modernisierungen der Wasserinfrastruktur und -aufbereitung auf der Agenda.

In diesem Zusammenhang wurde auch die Enteisenung unseres Rohwassers zum Thema; wir suchten für die Lufteinspeisung eine praxisgerechtere Alternative“, erinnert sich Rolf Horstmann, Wassermeister beim WBV Mittleres Störgebiet. Die Wasserwerker wandten sich deshalb 2019 im Rahmen einer Fachmesse mit ihrem Anliegen an Bürkert Fluid Control Systems. „Zu den Fluidikexperten haben wir schon seit vielen Jahren einen guten Kontakt“, ergänzt der Wassermeister. „Bei der bisherigen manuellen Kompressorbelüftung haben sich beispielsweise deren Magnetventile bewährt und auch bei einer neuen, automatisierten Enteisenung mit geregelter Luftmenge wollten wir deutsche Qualitätsware einsetzen.“

Der Modernisierungswunsch ließ sich rasch umsetzen: Das Bürkert-Systemhaus in Menden konzipierte für das Wasserwerk Brokstedt auf die Applikation abgestimmte Oxidationseinheiten für die Eisenentfernung, die heute an jeder der drei Rohwasserstrecken installiert sind. Sie sorgen jetzt trotz des dynamischen Wasserverhaltens für eine immer exakt dosierte Belüftung, unabhängig vom Filterzustand und vor allem vom Vordruck des Rohwassers, der je nach Anzahl und Art der aktuell laufenden Brunnenpumpen deutlich variieren kann. Da die Luft bedarfsgerecht zugeführt wird, senken sich die Kompressorlaufzeiten und somit die Energiekosten. Das maßgeschneiderte Regelungssystem verhindert teures Überdosieren und sorgt für eine gleichbleibende Wasserqualität, nichts muss mehr manuell eingestellt werden. Gleichzeitig verhindert der reproduzierbare, dokumentierte Prozess Ablagerungen in den Leitungen und Behältern, was die Reinigungsarbeiten deutlich reduziert.

Massendurchflussregler, Proportionalventil und Waterprotection-System

Herzstücke der Oxidationseinheiten sind die Massendurchflussregler (MFC). Sie übernehmen die „intelligente“ Regelung und Dosierung der Luftmenge. Ihre thermischen MEMS-Sensoren sorgen dabei für sehr kurze Reaktionszeiten, ein direkt wirkendes Proportionalventil als Stellglied für eine hohe Ansprechempfindlichkeit und der integrierte PI-Regler für gute Regeleigenschaften. Die anwendungsspezifisch kalibrierten Massendurchflussregler werden je nach Applikation mit weiteren Komponenten kombiniert.

Da herkömmliche Systeme bei einem Kompressorausfall häufig durch rückdrückendes Wasser beschädigt werden, hat Bürkert seine MFC robust ausgelegt und zusätzlich mit einem Waterprotection-System geschützt. Ein Bypass für einen manuellen Betrieb ist ebenfalls integriert. Also lässt sich selbst bei einem Ausfall von MFC oder Steuerung das System manuell weiter betreiben und Anlagenstillstand wird verhindert. „Trotz der verbauten Technik ist die neue Lösung sehr übersichtlich und von jedem Mitarbeiter einfach zu bedienen, beispielsweise im Störfall“, freut sich Horstmann. „Ein zusätzlicher Schwebekörperdurchflussmesser visualisiert jedem auf einen Blick, ob alles zuverlässig funktioniert.“

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Alt gegen neu – schnell getauscht

Die neuen Oxidationseinheiten wurden als anschlussfertige Komplettlösung geliefert. Sie können wahlweise in einem Edelstahlschrank oder auf einer Montageplatte untergebracht sein. In Brokstedt entschied man sich für die zweite Variante. Die Abmessungen der Platte wurden so gewählt, dass sie in die bereits an den Rohwasserstrecken vorhandenen Schränke passten. Installation und Inbetriebnahme der Regel- und Dosiersysteme verliefen dadurch einfach und schnell. „Alt gegen neu ließ sich 1 zu 1 tauschen, alles hat so sofort funktioniert und arbeitet seitdem zu unserer vollen Zufriedenheit“, so Horstmann weiter.

Schon kurze Zeit später haben sich die Wasserwerker bei einer weiteren Modernisierung auf die Fluidikexperten verlassen. Auch die Ventilinseln, die im Wasserwerk für die pneumatische Ansteuerung der Prozessventile und Klappen verantwortlich sind, galt es Ende 2019 zu erneuern. Sie waren über 20 Jahre im Einsatz; es kam immer wieder zu Störungen und die Ersatzteilbeschaffung wurde immer schwieriger. Ein Ausfall dieser wichtigen Automatisierungseinheiten hätte das Wasserwerk stillgelegt. Die Fluidikexperten lieferten auch hier einen zukunftssicheren Ersatz.

Ventilinseln – kompakt, sicher und intelligent

Die Bürkert-Ventilinseln vom Typ 8652 sind sehr kompakt. Sie wurden in robusten Schaltschränken verbaut, die sich dank ihrer geringen Abmessungen von 400 Millimeter Breite, 210 Millimeter Tiefe und 500 Millimeter Höhe gut an der Anlage unterbringen ließen. Insgesamt sind in Brokstedt heute sechs dieser Schänke nahe an den Prozessventilen installiert. Durch die serienmäßige AirLINE-Quick-Adapterplatte war die Montage einfach und der Einsatz von Pneumatikschläuchen und Kabeln reduzierte sich, was Kosten sparte und gleichzeitig potenzielle Leckagestellen minimierte. Die automatische Überwachung von Druck, Drahtbruch und Schieberlaufzeiten erkennt Defekte bevor es zum Anlagenausfall kommt und erhöht somit die Sicherheit. Fehlermeldungen werden benutzerfreundlich in Klartext auf dem Display angezeigt. Zudem gibt es eine Hand-Not-Betätigung und die einzelnen Ventile lassen sich im laufenden Betrieb austauschen. Mit der übergeordneten Steuerung und dem Leitsystem des Wasserwerks kommunizieren die Ventilinseln über Profinet.

Auch die Inbetriebnahme der neuen Ventilinseln verlief reibungslos. Der damit beauftragte Automatisierer freute sich ebenfalls über die gute Zusammenarbeit mit den Fluidikexperten, die Software und Protokolle im Vorfeld mit ihm abstimmten. Grundsätzlich bietet Bürkert aber auch maßgeschneiderte, zuverlässige und intelligente Lösungen vom Engineering bis zur Inbetriebnahme aus einer Hand. Die Ventilinseln ließen sich als plug-and-play-fähige Komplettlösungen innerhalb kurzer Zeit in die Anlage integrieren und in Betrieb nehmen, ohne die Trinkwasserproduktion zu stören. Während eine Wasserstrecke umgerüstet wurde, ging der Betrieb auf den anderen unterbrechungsfrei weiter. Die Wasserwerker in Brokstedt sind mit ihrer Wahl zufrieden; die Zusammenarbeit wird auch bei den nächsten Modernisierungsmaßnahmen weiter gehen.

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