Anwendungsbeispiel für Prozesswasserüberwachungssensoren im Wasserwerk: Aufbau einer intelligenten Wasserqualitätssicherheitslinie

Ein großes regionales Wasserwerk (mit einer täglichen Verarbeitungskapazität von 500.000 Tonnen) hat ein umfassendes Online-Überwachungs- und Steuerungssystem für die Wasserqualität auf Basis intelligenter Sensoren eingeführt, um komplexe Veränderungen der Wasserquellen zu bewältigen, ein optimiertes Management zu erreichen, sicherzustellen, dass die Wasserqualität im Werk weiterhin besser als der nationale Standard ist, und den Energie- und Materialverbrauch im Betrieb zu reduzieren.

1. Wichtige Überwachungspunkte und Sensoranwendungen im gesamten Prozess

Rohwasserentnahmestelle – Frühwarnstation für Wasserqualität

Kernsensoren: Multiparameter-Wasserqualitätsanalysator (integrierte Trübung, pH-Wert, Temperatur, Leitfähigkeit, gelöster Sauerstoff), UV254 Online-Analysator für organische Stoffe, Online-Analysator für Ammoniakstickstoff.

Funktion: Echtzeit-Erfassung von Schwankungen der Rohwasserqualität (z. B. Trübungsanstieg nach Starkregen, Anstieg von Ammoniakstickstoff/organischen Stoffen durch Verschmutzung im Zufluss). Die Sensordaten bilden die Grundlage für die Einleitung von Notfallmaßnahmen (z. B. Aktivierung von alternativen Wasserquellen und Intensivierung der Vorbehandlung) und die präzise Steuerung nachfolgender Prozesse.

Koagulations- und Sedimentationseinheit – der „Stab“ zur Optimierung der Dosierung

Kernsensoren: Online-Trübungsmesser, pH-Meter, Laser-Partikelanalysator (optional, zur Überwachung der Flockenpartikelgröße).

Funktion: Kontinuierliche Überwachung des Auslaufs des Flockungsbeckens und der Auslaufrinne des Sedimentationsbeckens. Anhand der Echtzeit-Trübungsdaten und der Flockenmorphologie (falls vorhanden) wird die Dosierung des Koagulans (PAC) dynamisch angepasst, um Verschwendung und unzureichende Flockung zu vermeiden und eine optimale Sedimentation zu gewährleisten.

Sandfilter – der „Hüter“ der Filtrationseffizienz

Kernsensor: hochpräzises Online-Trübungsmessgerät für niedrige Messbereiche (Messbereich 0-1 NTU), Drucksensor.

Funktion: Wird im Auslassrohr jedes Filters installiert. Überwacht präzise die Trübung des gefilterten Wassers (Zielwert

Desinfektionsverbindung – der „Gleichmacher“ zwischen Sicherheit und Nebenprodukten

Kernsensor: Restchlor-Sensor (Membranmethode oder DPD-Methode), pH-Meter, Redoxpotential-Elektrode (ORP).

Funktion: Das System wird an mehreren Punkten am Wassereinlass, in der Mitte und am Auslass des Klarwassertanks installiert. Es überwacht in Echtzeit die Restchlorkonzentration (freies Chlor/Gesamtchlor), den pH-Wert und das Redoxpotenzial (ORP). Darauf basierend wird die Dosierung des Desinfektionsmittels (Chlor/Natriumhypochlorit) präzise gesteuert, um eine effektive Inaktivierung pathogener Mikroorganismen zu gewährleisten und gleichzeitig das Risiko von Desinfektionsnebenprodukten (wie z. B. Trihalomethanen) zu minimieren.

Werkswasser – der „letzte Wächter“ für die Einhaltung der Wasserqualitätsstandards

Kernsensoren: Online-Trübungsmesser, Restchlor-Sensor, pH-Meter, Online-Partikelzähler.

Funktion: Strenge Kontrolle der Hauptleitung vor der Einspeisung in das Leitungsnetz. Kontinuierliche Überwachung wichtiger Indikatoren (Zielwert für Trübung

Schlüsselknotenpunkte des Rohrleitungsnetzes – „Sensornerven“ für eine stabile Wasserversorgung

Kernsensoren: Drucktransmitter, elektromagnetischer Durchflussmesser.

Funktion: Einsatz im Wasserpumpenraum der Fabrik und an wichtigen Knotenpunkten des Wasserversorgungsnetzes. Die Echtzeitüberwachung von Wasserdruck und Durchflussänderungen dient als Grundlage für die Einsatzplanung, erkennt Störungen (z. B. plötzlichen Druckabfall durch Rohrbruch) rechtzeitig, gewährleistet einen stabilen Wasserdruck und unterstützt die Leckagekontrolle.

Ein großer städtischer Trinkwasserspeicher versorgt Millionen von Einwohnern mit Wasser. In den letzten Jahren hat die Zunahme von Landwirtschaft und Tourismus im Einzugsgebiet das Risiko von Schwankungen der Wasserqualität erhöht, insbesondere während der heißen Sommermonate, wenn Algen (wie z. B. Blaualgen) vermehrt auftreten und die Wasserversorgung gefährden. Herkömmliche manuelle Probenahme- und Überwachungsmethoden weisen Nachteile wie geringe Probenahmefrequenz (üblicherweise 1-2 Mal pro Monat), mangelnde Aktualität, begrenzte Abdeckung und die Unfähigkeit, Echtzeitwarnungen zu liefern, auf. Die zuständigen Behörden benötigen dringend ein automatisiertes, kontinuierliches und Echtzeit-System zur Überwachung der Wasserqualität und zur Frühwarnung, um die wichtigsten Wasserqualitätsparameter dynamisch zu steuern und eine wissenschaftliche Grundlage für den Schutz der Wasserquellen, die Planung des Wasserwerksbetriebs und die Notfallmaßnahmen zu schaffen.

2. Intelligente Systemintegration und Kernwert

Datenfusion und visuelles Management:

Alle Sensordaten werden in Echtzeit über Industriebusse (z. B. Modbus) oder stromsparende IoT-Technologien (z. B. LoRaWAN/NB-IoT) an das zentrale SCADA-System und die Cloud-Plattform übertragen. Die Daten werden auf dem Überwachungsbildschirm, dem Arbeitsplatz des Technikers und mobilen Endgeräten visualisiert, um einen umfassenden Überblick über den Betriebszustand der gesamten Anlage zu ermöglichen.

Intelligente Frühwarnung und Regelungstechnik:

Verknüpfung der Rohwasserveränderungen: Wenn der UV254- oder Ammoniakstickstoffsensor einen signifikanten Anstieg der organischen Stoffe/Schadstoffe im Rohwasser feststellt, warnt das System automatisch und löst den Plan aus (z. B. die Zugabe von pulverförmiger Aktivkohle).

KI-gestützte Präzisionsdosierung: Basierend auf den Rohwasserqualitätssensordaten (Trübung, organische Stoffe usw.) und der Trübungsrückmeldung des Abflusses aus dem Sedimentationsbecken berechnet und passt der eingebaute KI-Algorithmus die Frequenz der Koagulans- und Desinfektionsmitteldosierpumpen in Echtzeit automatisch an, um eine „bedarfsgerechte Dosierung“ zu erreichen und den Arzneimittelverbrauch deutlich zu reduzieren.

Intelligente Filterrückspülung: Basierend auf mehrdimensionalen Bedingungen wie einer Trübung, die den Standard nach der Filtration überschreitet, einem Druckverlust, der den eingestellten Schwellenwert erreicht, oder der längsten Laufzeit ermittelt und startet das System automatisch das optimale Filterrückspülverfahren, um die Filtrationseffizienz zu gewährleisten und Rückspülwasser zu sparen.

3. Umsetzungsergebnisse

Doppelte Absicherung für die Wasserqualität: Die Einhaltungsquote der wichtigsten Indikatoren (Trübung, Restchlor) des Werkswassers bleibt konstant bei 100%, und das Risiko von Schwankungen der Wasserqualität wird deutlich reduziert.

Deutliche Senkung der Betriebskosten: Der Verbrauch von Koagulationsmitteln und Desinfektionsmitteln wird um durchschnittlich 10-15 % reduziert, und die Menge des Filterrückspülwassers wird um etwa 8 % reduziert.

Verbesserte Managementeffizienz: Durch die Transformation von „erfahrungsorientiert“ zu „datenorientiert“ werden Prozessanpassungen zeitnaher und genauer vorgenommen, und der Aufwand für manuelle Inspektionen wird reduziert.

Beschleunigte Notfallmaßnahmen: Die Vorwarn- und Entsorgungszeit bei plötzlichen Rohwasserverschmutzungen wird um mehr als 50 % verkürzt.