Online-Analytik in Trinkwassernetzen – Der pipe::scan

Trinkwasser ist ein Lebensmittel. Dementsprechend ist nicht nur für den Transport im Trinkwassernetz sondern auch für die ausgezeichnete Qualität bis zum Konsumenten zu sorgen. Derzeit wird die Trinkwasserqualität mittels Laborproben, die von der Behörde / vom Gesetz (der Trinkwasserverordnung) bzw. den Wasserversorgern spezifizierten Intervallen durchgeführt werden müssen, gewährleistet. Die aktuelle Trinkwasserverordnung sieht als Neuerung vor, von der regelmäßigen Probenahme auf eine risikobewertungsbasierte Anpassung der Probenahmeplanung überzugehen.

Details

Diese Vorgehensweise ist einerseits kostspielig da über weite Teile des Trinkwassernetzes z.B. wöchentlich bis monatlich Proben genommen, transportiert und analysiert werden müssen, andererseits aber Probleme oder Kontaminationsevents aufgrund ihrer Dynamik oft kaum bis gar nicht detektiert werden können.

Um nicht von der vorgeschriebenen Untersuchungshäufigkeit abhängig zu sein und die Transparenz zu erhöhen, wünschen sich viele Wasserversorger (weltweit) online Sensoren um in Echtzeit auf Probleme mit der Wasserqualität in ihrem Trinkwasserversorgungsnetz reagieren zu können.

Abbildung 1: Sensoren im Trinkwassernetzwerk

 

Kriterien zum Einsatz von Sensoren im Trinkwassernetz

Online Sensoren die im Trinkwassernetz zum Einsatz kommen, sollen kontinuierlich überwachen und quantitative, hoch auflösende und validierte Messwerte zur Beurteilung der Wasserqualität liefern. Die Umgebungsbedingungen in Schächten und an Rohrleitungen sind nicht trivial und daher sind Schutzart-Voraussetzungen von min. IP67 zu erfüllen sowie die Trinkwasserzulassung von den mit Wasser in Berührung stehenden Materialien zu berücksichtigen. Sollen Sensoren an der Druckleitung messen, müssen derartige Systeme von großer Robustheit sein um unabhängig von Druckschwankungen gute Resultate liefern zu können und Druckstößen standzuzuhalten. Die Anfälligkeit, Wartung sowie der Strombedarf dieser „Online Analytik“ müssen auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Voraussetzung jeder Online Messung sind nicht nur robuste Sensoren sondern auch die Echtzeit-Datenübertragung in eine Datenzentrale um auf Alarme und Änderungen der Messdaten reagieren zu können.

Der pipe::scan

Der pipe::scan pipe::scan (Abbildung 8) ist ein Sensorsystem zur Überwachung der Trinkwasserqualität in unter Druck stehenden Rohren. Es misst bis zu 10 Parameter in einem System: Organische Parameter (TOC, DOC, UV254/UVT), Trübung, Farbe, Chlor, pH/Redox, Leitfähigkeit, Temperatur und Druck.
Die Montage erfolgt an der Druckleitung unter Druck mittels Hawle Sperrschellen (DN100 – DN 600). Über einen „Strohhalm“ wird das Wasser von der Druckleitung in die pipe::scan Armatur gedrückt. Die Miniaturpumpe stellt sicher, dass das Wasser durch die Armatur über die Sensorelemente und zurück in die Leitung gepumpt wird – ohne Wasserverlust, siehe Abbildung 2. Funktionsprinzip.

Abbildung 2: pipe::scan Funktionsprinzip

 

Die Sensoren im pipe::scan sind langjährig erprobte s::can Sensoren: der i::scan – ein optischer Miniaturspektrometer mit LED Technologie und automatischer Bürstenreinigung für die Messung von Organik (TOC, DOC, UV254, UVT), Trübung und Farbe, der chlori::lyser – ein druckfester amperometrischer Sensor für die Erfassung von freiem Chlor, der pH::lyser – ein sehr widerstandsfähiger pH Sensor ohne Salzbrücke mit Polymer Referenzelektrode, der condu::lyser – ein industrietauglicher 4 Elektroden Leitfähigkeitssensor mit integriertem Temperatursensor, und einem Miniatur Drucksensor. Alle diese Sensoren zeichnen sich durch extrem geringen Wartungsbedarf aus und kommen seit Jahren in Trinkwasseranwendungen auf der ganzen Welt zum Einsatz. Ein Sieb im Zulauf stellt sicher, dass keine großen Partikel in die Armatur eindringen und ein Belüftungsventil sorgt für eine luftblasenfreie Messumgebung innerhalb der Armatur. Die Wasserqualitätsdaten können über nahezu jedes Protokoll an jede zentrale Datenbank gesendet werden mittels dem s::can Bediengerät con::cube.

Abbildung 3: con::cube Bediengerät

 

Der con::cube ist ein kompaktes, leistungsstarkes und vielseitiges Bediengerät für die Daten-verwaltung und Steuerung von Messstationen. Durch die Integration der neuesten Prozessor-technologie sind die flexiblen Optionen vom con::cube für die Anbindung von Sensoren, an ein SCADA oder ein anderes zentrales Datenbanksystem, ideal für die Fernüberwachung. Durch das integrierte Modem und den geringen Energieverbrauch erfüllt dieser Datenlogger sämtliche Anforderungen für den Betrieb in dezentralen Installationsorten.

Anwendungsbeispiele

Mehrere pipe::scans sind die ideale Lösung, um Trinkwasser an jedem Punkt im Trinkwassernetz zu überwachen. So wurden seit über 12 Monaten einige dieser Sensoren in Verteilernetzen von europäischen Großstädten getestet. Man sieht an den Daten, dass eine kontinuierliche Messung über einen langen Zeitraum (hochauflösend, ohne Unterbrechungen und ohne Drift) von mehreren Parametern unter schwankenden Druckbedingungen ausgezeichnet funktioniert, siehe Abbildung 4. Im Detail sieht man Tag und Nacht Druckschwankungen im Trinkwassernetz zwischen 3 und 4 bar. Die markanten Änderungen in der Leitfähigkeit weisen auf unterschiedliche Wasserresourcen hin, in diesem Fall z.B. Grundwasser bzw. aufbereitetes Oberflächenwasser. Des Weiteren können mit dem pipe::scan organische Parameter wie TOC, DOC bzw. UV254 sehr präzise gemessen werden. Diese Parameter sind wesentlich zur Ermittlung von Kontaminations – Events im Trinkwasser sowie zur Erkennung von Wasservermischungen von unterschiedlichen Quellen, siehe Abbildung 5.

Abbildung 4: Driftfreie Langzeitmessung im Trinkwasserverteilernetz einer europäischen Großstadt und hochauflösende Detailresultate mit Druckschwankungen und Änderungen der Leitfähigkeit

Abbildung 5: Event Detektion über den organischen Parameter TOC

 

Im Trinkwassernetz einer anderen Großstadt ist erkennbar, dass sich die Konzentrationen von einigen Parametern zwar kontinuierlich ändern (Abbildung 6) aber keine Alarmgrenzen nach oben erreicht werden. Wobei im Detail, siehe Abbildung 7, erkennt man durch die extrem stabile und akkurate pipe::scan Messung einige Stunden die einen starken Rückgang des freien Chlors zeigen und somit keine ausreichende Entkeimung im Trinkwassernetz an dieser Stelle zu dieser Zeit stattfindet – ein ungewollter und sehr bedenklicher Zustand!

Abbildung 6: 3 Monate Online Daten ohne scheinbare Alarmüberschreitung

Abbildung 7: Detail von stabilen und präzisen Online Daten: keine Chlor-Desinfektion über Stunden

 

Konklusion

Der pipe::scan ist derzeit der einzige Sensor am Markt mit folgenden Alleinstellungsmerkmalen:

  • Präzise Messung in perfekter Übereinstimmung zu standardisierten Laborreferenzen, nicht nur „Trends“ • Bis zu 10 Parameter in einem System
  • Kontinuierliche Überwachung von Organik und Trübung komplett strömungsunabhängig
  • funktioniert auch unter stagnierenden Bedingungen im Trinkwassernetz
  • Wartung unter Druck: ohne Unterbrechung des Durchflusses/des Drucks und für jeden Sensor individuell möglich
  • Vollständige Event Detektion mit Echtzeitalarmen
  • 6 Monate Wartungsintervall: Effizienter, zuverlässiger, Stand-alone-Betrieb mit minimalen Wartungsaufwand

Abbildung 8: Der pipe::scan ist ein Sensorsystem zur Überwachung der Trinkwasserqualität in unter Druck stehenden Rohren.

 

Der innovative Ansatz, im Trinkwassernetzwerk mit online Sensoren die Wasserqualität zu messen wird in Zukunft sehr wertvolle und umfangreiche Aussagen treffen können wenn es z.B. bei Rohrleitungsbruch oder Problemen in Chlor-Dosierstationen zu Risiken für das Trinkwasser kommt. Auf Trinkwassersicherheit wird in der Europäischen Union sehr viel Wert gelegt und durch die Verfügbarkeit von äußerst stabiler, genauer und robuster Sensortechnologie ist dies kein Zukunftsthema mehr sondern mit dem pipe::scan bereits anerkannte Wirklichkeit.

 

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Literatur, Quellennachweis:

[1]       Verordnung des Bundesministers für soziale Sicherheit und Generationen über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TWV) StF: BGBl. II Nr. 304/2001 [CELEX-Nr.: 398L0083]

 

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