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Digitale Transformation Die Wasserwirtschaft ist KRITISch

| Autor/ Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Wolfgang Ernhofer

Welcher Grad der Digitalisierung ist in der Wasserwirtschaft sinnvoll – und welche Investitionen sind dafür notwendig? Aktuelle Beispiele für konkrete Umsetzungen geben Antwort auf diese Fragen. Aber auch das ist zu beachten: Der Nutzen ist untrennbar mit einer Risikobetrachtung verbunden.

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Der norddeutsche Erftverband setzt beim Hochwassersschutz der Region auf eine Abflusssteuerungstechnik auf Basis des Siemens Water Management Systems (Siwa).
Der norddeutsche Erftverband setzt beim Hochwassersschutz der Region auf eine Abflusssteuerungstechnik auf Basis des Siemens Water Management Systems (Siwa).
(Bild: Siemens)

Ressourcen schonen, Energieverbräuche optimieren, Wasserverluste vermeiden, Überflutungen verhindern sowie vorausschauende Wartung und Instandhaltung – die Herausforderungen in der Wasserwirtschaft sind hoch. Und sie werden sich mit dem Trend zur Urbanisierung und mit der Energiewende weiter verschärfen. Digitale Lösungen können einen großen Beitrag dazu leisten, diese Anforderungen zu meistern und eine hohe Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Wird Wasser jetzt also sozusagen „digital“? Durchaus: Apps, die Badegewässerqualität voraussagen, Sensoren, die bei Regen potenzielle Überflutungsflächen anzeigen: Digitale Tools ermöglichen in Zeiten des Klimawandels ein effizienteres und nachhaltigeres Wassermanagement. Im EU-Verbundvorhaben „Digital-Water.City“ (DWC), das vom Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB) koordiniert wird, werden solche neuen Tools entwickelt. Doch gilt als Beschränkung: Anders als in anderen Wirtschaftsbereichen werden in der Wasserwirtschaft Prozesse nicht aus Wettbewerbsgründen digitalisiert – im Vordergrund stehen die Versorgungssicherheit und Qualitätsüberlegungen. Das Potenzial der Digitalisierung liegt vor allem in der Vernetzung und Verknüpfung von Prozess-, Planungs- und Betriebsdaten.

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Wie weit die einzelnen Versorger hier schon sind, das können Sie mithilfe des „Reifegradcheck Wasser 4.0“ selbst überprüfen. Dabei werden nicht nur technologische Merkmale der Digitalisierung betrachtet, sondern auch Anforderungen an Organisation und Unternehmenskultur. Auf Basis der Auswertungen kann eine zielführende individuelle Digitalisierungsstrategie entwickelt werden.

Die digitale Zukunft des Wassers

Laut Global Water Intelligence „Water’s Digital Future“ sind dies die drei großen Treiber der Digitalisierung in der Wasserwirtschaft:

  • Effizienzsteigerung bei der Wasser- und Abwasseraufbereitung, der Wasserverteilung und Abwasserableitung sowie in der Kommunikation mit Verbrauchern.
  • Kosteneinsparungen durch eine bessere Überwachung der Ver- und Entsorgungsnetzwerke und einen bedarfsgerechten Betrieb von Systemen und Anlagen.
  • Wachsende gesetzliche Anforderungen an die Wasser- und Abwasserqualität sowie an die Ver- und Entsorgungssicherheit und -qualität.

In all diesen Bereichen kann die bessere Vernetzung von Anlagen, digitalisierten Systemkomponenten (z.B. intelligente Pumpen und Online-Messtechnik) und insbesondere von Planungs- und Betriebsdaten dazu beitragen, die Prozesse in der Wasser- und Abwasserwirtschaft zu optimieren und insgesamt flexibler zu gestalten.

Die Durchgängigkeit von Planungs- und Betriebsprozessen mithilfe von intelligenter Hard- und Software und der selbständige Austausch von Informationen (vom Nutzer über Einzelkomponenten bis zum Versorger/Entsorger) wird daher auch im Wassersektor zunehmend zu einem Muss für Ressourcenproduktivität und -effizienz, lautet denn auch ein Fazit von German Water Partnership in Wasser 4.0.

In den Mittelpunkt der Digitalisierung wird immer wieder der Anwender gesetzt. Was will der eigentlich? Was erwartet er von der digitalen Transformation? Und was braucht er letztendlich? Um diese Fragen zu beantworten, wurde im Zuge des Förderprojektes „Kommunal 4.0“ durch HST Systemtechnik eine entsprechende Studie durchgeführt. Die wichtigste Erkenntnis in Kürze fasst Günter Müller-Czygan von HST so zusammen: Neues Wissen werde in Digitalisierungsprojekten am schnellsten umgesetzt, wenn es direkt mit praktischen Aufgaben verknüpft wird. Diese Erkenntnis ist nicht neu, aber wie das effektiv und effizient erreicht wird, ist nicht immer so leicht. In den Umsetzungsprojekten habe sich gezeigt, dass der Einstieg in die Digitalisierung am besten gelingt, wenn der Digitalisierungsumfang für neue Lösungen zu Beginn eher gering ist und eingebettet wird in ein technisches Vorhaben, das sowieso geplant ist.

Doch genug der Theorien, Visionen und Potenzialabschätzungen …

Das funktioniert in der Praxis bereits

Innerhalb des Verbundprojekts Dynawater 4.0 setzt die Envirochemie das Konzept „IndustrieWasser 4.0“ an eigenen Industrieabwasseranlagen der Produktreihe Split-O-Mat um. Zielsetzung ist die vollständige und sichere Integration von abwasserrelevanten Daten aus dem industriellen Produktionsprozess in die Steuerung einer bestehenden Abwasserbehandlungsanlage. Die Daten fließen in einen digitalen Zwilling, mit dem beispielsweise die kontinuierliche Betriebsoptimierung organisiert werden kann. Envirochemie verspricht sich von der Entwicklung einer sicheren Datenübertragung und dem digitalen Zwilling mit den Partnern des Projekts DynaWater4.0 eine weitere Verbesserung der Split-O-Mat-Anlagen zur chemisch-physikalischen Behandlung von Industrieabwässern verschiedenster Branchen.

Mit „Regenbecken.Online“ bietet Kisters einen verlässlichen und günstigen Cloud-Service, der Messdaten aus Kanalnetzen auswertet und Berichte für die Aufsichtsbehörden auf Knopfdruck erstellt. Betreiber von Entwässerungsnetzen können so ihrer turnusmäßigen Berichterstattung einfach und ohne Software-Installation nachkommen. Außerdem erkennt der Betreiber direkt den Zustand seines Netzes sowie Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung, Einsparung von Kosten oder Umweltvorteile.

Anaerobe Prozesse in Kanal- und Klärsystemen mit der Freisetzung von Gasen wie Schwefelwasserstoff (H2S) führen zu Geruchsproblemen und verursachen aufgrund von Korrosion an den Bauteilen zudem Kosten in Milliardenhöhe. Nicht zuletzt ist das mit Wartungsarbeiten befasste Personal gesundheitlich gefährdet. Die Lösung von Grundfos: Ein Gasphasen-Logger im Schacht misst in kurzen Abständen den H2S-Level; ein Kontroll-Algorithmus steuert mit diesen Daten – korrelierend mit dem aktuellen Abwasserdurchfluss im System – den Einsatz einer Dosierpumpe zur Neutralisation des Schwefelwasserstoffs mit einer Nitratverbindung. Beim Zweckverband Fließtal hat sich diese Lösung bewährt.

Mit dem Ultraschall-Großwasserzähler Cordonel von Sensus sind Wasserversorger, aber auch Industrie und Landwirtschaft in der Lage, ihre Wassernetze besser zu verwalten. Wasserverbräuche, Durchfluss, Temperatur und Druck werden exakter erfasst und gemessen. Der Wasserzähler ist seit September 2019 in Deutschland in der Nennweite DN 50 verfügbar. Größere Nennweiten bis zu 300 mm werden innerhalb der nächsten zwei Jahre folgen.

Wassermanagement optimiert Hochwasserschutz

Um einen Schutz vor Überschwemmungen zu ermöglichen, setzt der Erftverband auf eine intelligente Steuerung der Speicher- und Pufferkapazitäten im Abwassernetz. Die technischen Komponenten dazu stammen von Siemens (basierend auf dem Water Management System Siwa). Durch die intelligente Steuerung konnten nicht nur die Entlastungsmenge im Netz reduziert, sondern auch die Gewässergüte verbessert werden. Das Pilotprojekt legte auch die Basis dafür, weitere Anlagen mit der wirtschaftlichen Lösung auszustatten und im Verbund zu steuern.

Im Projektverlauf wurden zunächst zehn Regenbecken am Hauptstrang mit insgesamt rund 40.000 m³ Speichervolumen in ein kombiniertes Simulationsmodell und Steuerungstool mit der Kanalnetzsteuerung Siwa Sewer integriert. Damit ist es möglich, Steuereingriffe zu berechnen und das Kanalnetz betriebsbegleitend zu simulieren. Für die Abflusssteuerung wird der Zufluss zum Kanalnetz alle 15 Minuten anhand online verfügbarer Radardaten und Prognosen des Deutschen Wetterdienstes berechnet. Diese Daten werden über standardisierte Schnittstellen an Siwa Sewer übergeben. Das System berechnet und justiert in der Folge in sehr kurzen Intervallen die entsprechenden Steuervorgaben und leitet diese an das Leitsystem der Pumpen und Drosselorgane weiter. Mittlerweile sind zwölf Regenbecken und damit ein Rückhalteraum von 45.000 m³ im System.

Fazit: „Digitales Wasser ist bereits Realität“, lautet ebenso lapidar wie euphorisch der Schlusssatz im Whitepaper der International Water Association (IWA) und Xylem („Digital Water: Industry Leaders Chart the Transformation Journey“). „Wenn Sie unsicher sind, probieren Sie es einfach aus“, rät Claire Falzone-Allard, CEO von Nova Veolia, Frankreich. „Beginnen Sie in kleinem Maßstab. Das ist nur der Anfang der digitalen Reise im Wassersektor – wenn Sie es versäumen, digitale Technologien einzusetzen, macht es jemand anders.“

* * Der Autor ist freier Mitarbeiter bei PROCESS.

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