Revolutionen passieren oft im Kleinen – und haben dann mitunter einen sehr großen Nutzen für alle. In der Wasserwirtschaft kann der Einsatz von Sensorik als kleine Revolution bezeichnet werden. Ob zum intelligenten Hochwasserschutz oder zum Monitoring von bestehenden Kläranlagen. Durch das Verknüpfen und Verarbeiten der über Sensoren erfassten Daten im Internet of Things – abgekürzt: IoT – schaffen die technischen Helfer ein großes Plus an Effizienz.
Modernisierung veralteter Kläranlagen mit smarter Sensorik – mit dem Internet of Things genauer beobachten und besser steuern
Als das Fingerspitzengefühl der Zukunft ließe sich die Sensorik auch bezeichnen. Ihr Einsatz in der Bedienung komplexer oder älterer Anlagen ermöglicht es, die Performance besser zu verstehen, zu kontrollieren und die Effizienz zu steigern.
Modernisierung mit smarter Sensorik: mit IoT genauer beobachten und besser steuern
Welches Potenzial das Einbinden von Sensorik, also die Anwendung von Sensoren zur Messung, Überwachung und Steuerung von Prozessen, beim Wassermanagement konkret hat, zeigt das Beispiel eines norddeutschen Unternehmens in der Lebensmittelbranche. Hier hat REMONDIS Aqua die Betriebsführung der unternehmenseigenen Kläranlage übernommen.
Mit einem täglichen Durchfluss von 500 Kubikmetern und einem CSB-Wert*, der der Kläranlage einer Stadt mit rund 50.000 Einwohnern entspricht, gehört die Anlage zur mittelgroßen Kategorie. Auch wenn sie schon gut ein halbes Jahrhundert alt ist, entspricht sie noch den aktuellen gesetzlichen und betrieblichen Anforderungen. Da mittelfristig ein Ersatzbau geplant ist, wurde von aufwendigen Investitionen in die Bestandsanlage Abstand genommen.
* Der Wert für den chemischen Sauerstoffbedarf, CSB, dient hier als Beurteilung für Schadstoffe, die ins Abwasser abgegeben oder die in einem Zeitraum entsorgt wurden.
Kläranlagen mit smarter Sensorik
Um Erkenntnisse für den späteren Neubau zu gewinnen und in der Bestandsanlage die Effizienz zu steigern, unterstützen rund 20 neu installierte Sensoren den Betrieb. Sie messen physikalische und chemische Eigenschaften. Die kleinen technischen Multitalente sind über Funknetze miteinander verknüpft. Sie erfassen zentrale Daten wie den Füllstand in verschiedenen Stufen und Behältern, den Durchfluss, die Temperatur und mögliche Leckagen innerhalb der Kläranlage sowie die Sauerstoffkonzentration in den Belebungsbecken.
Sämtliche Informationen laufen schließlich in einer geschützten Umgebung im IoT zusammen. Mithilfe einer Software werden die Prozesse im Anschluss sicher und unkompliziert gesteuert. Die Daten werden genutzt, um den Reinigungsprozess zu steuern oder Störungen zu erkennen.
In einer für den Kunden und seine Anforderungen optimierten Onlineplattform werden die Daten präsentiert: Die Ampelfarben Grün, Gelb und Rot zeigen an, wie die einzelnen Anlagenteile aktuell arbeiten und wo ein Eingreifen nötig ist. Das passiert unkompliziert über Laptop, Tablet oder Smartphone.
Sensoren im Abwassermanagement
Kläranlagen sind wichtige Einrichtungen zur Behandlung von Abwasser aus Haushalten, Gewerbe und Industrie. Um eine effiziente und sichere Abwasserreinigung zu gewährleisten, müssen Kläranlagen regelmäßig gewartet und saniert werden.
Sensoren sind technische Bauteile, die verschiedene physikalische oder chemische Eigenschaften messen und an eine Datenverarbeitung weiterleiten. Im Abwassermanagement sind sie wichtige Instrumente zur Überwachung und Steuerung der Abwasserqualität in Kläranlagen.
Sie können verschiedene Parameter wie pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperatur und Redoxpotenzial messen und so Hinweise auf mögliche Verunreinigungen oder Störungen im Abwasser geben. Sensoren können auch helfen, den Energieverbrauch und die Betriebskosten der Kläranlagen zu optimieren, indem sie die Belüftung, die Schlammbehandlung und die Nährstoffelimination anpassen.
Darüber hinaus können die technischen Helfer die Sicherheit der Abwasserbehandlung erhöhen, indem sie frühzeitig Schäden an den Anlagen erkennen und melden. Sensoren unterstützen damit eine effiziente und umweltfreundliche Abwasserreinigung.
So können auf Basis der preiswerten Technik Wasser-, Energie- und Stoffkreisläufe gezielt erfasst und gesteuert werden.
Überschaubare Investitionen für alte Anlagen
Umgesetzt wurde die Lösung ohne größeren Verkabelungsaufwand in der Anlage. Auch war keine zusätzliche Steuerungseinheit zu installieren und dementsprechend ist der Platzbedarf sehr überschaubar. Im Vergleich zu aufwendigen Investitionen in die Bestandsanlage ist auch diese Entwicklung eine kleine Revolution.
Das gilt genauso für die schnelle Umsetzung. Das Anbringen der IoT-Sensoren an vorhandenen Messgeräten, die Installation neuer Sensoren, der Aufbau der Plattform und die Programmierung definierter Alarmsignale in Abstimmung mit der Betriebsleitung dauerten weniger als eine Woche. Weitere Sensoren nachzurüsten und zu integrieren, ist problemlos möglich. Denn jedes Gateway kann die Signale von tausenden Sensoren verarbeiten. Die gesammelten Daten lassen sich nicht nur auf der Onlineplattform grafisch auswerten, sondern können auch exportiert und softwareunabhängig bearbeitet werden.
Mithilfe der Technik können Wasser-, Energie- und Stoffkreisläufe unkompliziert erfasst werden. Das einfache Aufschalten der Sensoren an vorhandene und mobile Messgeräte verringert den Arbeitsaufwand für die Datenerhebung, die für eine wirtschaftliche Auslegung von Neubau- und Umbauprojekten unentbehrlich ist.
Damit hat das Unternehmen jetzt eine Lösung für die nicht mehr den heutigen Standards entsprechende Anlage, die alle relevanten Bausteine enthält: Sie vermeidet Störungen, verbessert die Reinigungsleistung, arbeitet wirtschaftlich effizienter und sammelt wichtige Daten für den Neubau der Anlage. Bei REMONDIS Aqua ist man davon überzeugt, dass das Potenzial der Technologie für Bestandsanlagen noch längst nicht ausgeschöpft ist.
Jahrhundertereignisse vorhersagen und managen
Aus dem hohen Norden Deutschlands in den tiefen Westen: Der Rhein und seine Nebenflüsse, geschwungene Hügellandschaften, Weinberge und manche historische Stadtkerne prägen das Bild.
Eine Idylle ist es allerdings nicht. Denn hier brach im Sommer 2021 das Wasser von Ahr und Erft sowie vieler anderer Flüsse im Westen Deutschlands mit ganzer Wucht in viele Orte ein. Die Flutkatastrophe war in ihren Dimensionen für Deutschland etwas, das man schon jetzt als Jahrhundertereignis beschreibt.
In dem Sommer wurde spätestens deutlich, wie viel mehr noch unternommen werden sollte, damit Städte und Gemeinden besser auf Extremwetterereignisse vorbereitet sind. Der Einsatz modernster Technik ist dabei ein entscheidender Punkt.
Starkregenereignisse haben seit Mitte der 1980er Jahre um etwa 20 Prozent zugenommen.
Innovationen als Reaktion auf die Starkregenereignisse infolge der Klimakrise
Einen Weg hin zu mehr Sicherheit bieten auch hier die Sensorik und das Internet of Things. In der Kaiserstadt Goslar am Harz arbeitet REMONDIS als einer der Pioniere auf diesem Feld in einem Hochwasserschutzprojekt mit. Es liefert wichtige Erkenntnisse für Starkregen- und Hochwasserereignisse.
2017 war die Kreisstadt, mit ihren vielen historischen Fachwerkhäusern UNESCO-Weltkulturerbe, von Wassermassen durchströmt worden. Nach tagelangem Regen waren damals Flüsse und Bäche über die Ufer getreten und hatten Goslar wie auch viele andere Ortschaften der Region regelrecht überflutet.
Das kann zwar heute durch die Auswirkungen der Klimakrise immer wieder passieren. Doch ist die Region nun besser vorbereitet. Technische Lösungen verbessern inzwischen die Datenlage, schaffen ausreichende Vorwarnzeiten und machen rechtzeitiges Eingreifen möglich. So kann der Schaden begrenzt werden.
Ziel des Projekts ist es, die vorliegenden Systeme noch präziser zu steuern und resilienter gegen Starkregen zu machen. Hier kommen zunehmend auch Lösungen zum Einsatz, die Künstliche Intelligenz nutzen.
Neben Informationen zur Verbesserung der aktuellen Steuerung sind dazu besonders die von Sensoren erfassten Zeitreihen wichtig: Mit ihnen werden Veränderungen am Fließverhalten von Gewässern – ausgelöst etwa durch stärkere Austrocknung oder Versiegelung – erkennbar. Und sie lassen sich inzwischen besser vorhersagen.
Außerhalb von Goslar werden Pegelstände von Flüssen, Kanälen und Regenrückhaltebecken mit Low-Power-Sensorik in Echtzeit in die Hochwassermanagementsysteme eingespeist
Das ist das IoT
Der Begriff „Internet of Things“ bezeichnet die Vernetzung von Gegenständen mit dem Internet. Physische Objekte werden dadurch virtuell abgebildet und miteinander verbunden. So können sie verschiedene Aufgaben für die Besitzer erledigen und die Vernetzung ermöglicht bessere Entscheidungen durch eine transparentere Datenlage. Der Bereich der Anwendungen erstreckt sich von einer allgemeinen Informationsversorgung über die vereinfachende Visualisierung bis hin zu automatischen Warn- und Notfallfunktionen.
Sensorik als intelligenter Hochwasserschutz
Starkregenereignisse haben seit Mitte der 1980er Jahre um etwa 20 Prozent zugenommen. Das nach wie vor recht grobmaschige Messnetz der öffentlichen Wetterstationen in Deutschland erlaubt bis heute nicht, dass der Niederschlag in kleinteiligen Gebieten früh erkannt wird. Eine ortsgenaue Vorhersage von Hochwasser ist damit sehr schwer. Mehr Sicherheit für Menschen, deren Orte von Hochwasser betroffen sein könnten, schafft IoT und im Speziellen die Low-Power-Sensorik: Neue Frühwarnsysteme entstehen durch die Daten unterschiedlicher Messeinheiten, zum Beispiel von Ultraschallsensoren und Regenmesser, die direkt mit dem Internet verbunden sind.
So ermitteln diese neuen Hochwassermanagementsysteme Pegelstände an Flüssen, Kanälen und in Regenrückhaltebecken in Echtzeit, erkennen kritische Zustände schnell und zuverlässig, stellen die Steuerung der verbundenen Wasseranlagen entsprechend darauf ein und tragen so erheblich zur Prävention und zum Einleiten von Schutzmaßnahmen bei.
In Goslar unterstützt unsere Datenermittlung in der komplexen Stadtentwässerung die Steuerung des Entwässerungssystems. Im Extremfall können die Kapazitäten der Regenrückhaltebecken für bis zu drei Tage im Voraus optimiert werden.
Der Einsatz von vernetzten technischen Lösungen trägt dazu bei, bei Extremwetterereignissen effizienter und schneller zu reagieren und somit mögliche Maßnahmen rechtzeitig einzuleiten.
Als Folge des Klimawandels sind Extremwetterereignisse wie diese auch in Zukunft nicht vermeidbar. Sensorik und IoT verbessern jedoch bereits heute und mit überschaubarem Aufwand ihre Folgen und damit die Sicherheit. Das ist, wie die positiven Ergebnisse von Installationen wie in Goslar zeigen, ganz sicher eine kleine Revolution.
Die IoT-Projekte von REMONDIS Aqua schaffen schon heute mehr Sicherheit vor Hochwasserereignissen und unterstützen die voranschreitende Digitalisierung in der Wasserwirtschaft.
Bildnachweise: Bild 1, 3: Adobe Stock: pickup; Bild 2, 4: REMONDIS
