In Umkehrosmose- und Nanofiltrationsanlagen zur Trinkwasseraufbereitung übernehmen leistungsfähige Filtermembranen mehrere wichtige Aufgaben wie die Entfernung von Mikroorganismen, Partikeln, Salzen und anderen Inhaltsstoffen. Daher ist die sichere Überwachung ihrer Funktion für eine hohe Wasserqualität und einen ­zuverlässigen Betrieb unerlässlich. Die Stadtwerke Pforzheim setzen dafür bei ihrer neuen Umkehrosmosean­lage ein skalierbares und flexibles Permeat-Monitoring-System ein, das schon kleinste Leckagen oder Membran­brüche in kürzester Zeit detektiert, dokumentiert und meldet. Das sorgt nicht nur jederzeit für sauberes Trinkwasser, sondern erspart dem Anlagenbetreiber aufwändige manuelle Probenahmen.

Das Wasserwerk Friedrichsberg ist das älteste und größte Wasserwerk der Stadtwerke Pforzheim, die insgesamt fünf Wasserwerke betreiben. Das Gebäude wurde bereits 1899 erbaut; heute zählt der beeindruckende Klinkerbau zu den Kulturdenkmälern Pforzheims. In seinem Anbau verbirgt sich allerdings modernste Technik: 2018 wurde das Wasserwerk um eine Ultrafiltrations- und Niederdruck-Umkehrosmoseanlage erweitert, um auch zukünftig beste Trinkwasserqualität sicherzustellen. Die Umkehrosmoseanlage hat dabei nicht nur den Zweck das Wasser „weicher“ zu machen, sondern filtert neben Mikroorganismen und Viren sogar Partikel wie Mikroplastik oder Medikamentenrückstände.

Mehr Sicherheit durch Früherkennung von Membranschäden
Die Umkehrosmose oder Reversosmose ist ein physikalisches Verfahren zur Konzentration von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen, bei dem mit Druck der natürliche Osmoseprozess umgekehrt wird. Die Umkehrosmoseanlage im Wasserwerk Pforzheim besteht aus zwei Straßen mit jeweils 20 Filtermodulen mit 1 m Länge, in denen sich die gewickelten Membranen befinden. Bei einer Ausbeute von 80 % Permeat und 20 % Konzen­trat werden so pro Stunde knapp 300 m³ entsalztes und gereinigtes Wasser erzeugt, um stets die gewünschte Trinkwasserqualität zu erreichen.
Entscheidend bei der Filtration ist, dass die gewickelten Membranen, Verbindungsstücke und Dichtungen einwandfrei funktionieren. Bei einer Beeinträchtigung ihrer Funktion gilt es rechtzeitig zu reagieren, denn im Falle eines Membranbruches können unerwünschte Inhaltstoffe in das Trinkwasser gelangen. In der Regel wird der Leitfähigkeitswert über eine kontinuierliche Online-Messung in der Sammelleitung des Permeats gemessen. Da die „Verdünnung“ von Leckagewasser durch das Permeat sehr hoch ist, werden Defekte erst sehr spät erkannt. Zusätzlich werden die Druckrohe regelmäßig durch Handmessungen überprüft, die Werte manuell in das EDV-System gepflegt und der Zustand der Membranen anschließend beurteilt. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand für den Anlagenbetreiber vor Ort.
Auf Empfehlung des Technologie Zentrum Wasser (TZW) in Karlsruhe, einem kompetenten Ansprechpartner in allen Fragen der Gewässergüte, Trinkwasserqualität und Wassertechnologie, entschieden sich die Stadtwerke Pforzheim deshalb dafür, in der neuen Trinkwasseraufbereitungsanlage ein Permeat-Monitoring-System von Bürkert Fluid Control Systems einzusetzen. Statt der üblichen Messung in der Permeat-Sammelleitung überwacht diese Monitoring-Lösung nun vollautomatisch die Funktion jedes einzelnen Filtermoduls und detektiert schon kleinste Leckagen, die bisher nicht oder erst sehr spät erkannt wurden. Das Komplettsystem stellt alle dafür erforderliche Hard- und Software zu Verfügung.

Kontinuierliches Anlagenmonitoring für vorausschauende ­Zustandsbeurteilung
Das Permeat-Monitoring-System entnimmt nacheinander automatisch das Messwasser der 40 Druckrohre der Umkehrosmoseanlage und analysiert es. Während der Überprüfung eines Druckrohres wird der als nächstes zu messende Messwasserstrang bereits gespült. Das vermeidet Totzeiten, der Messwasserverbrauch sinkt auf ein Minimum und eine nahezu durchgängige Überwachung der Trinkwasserqualität ist sichergestellt.
Das System misst unter anderem Parameter wie Leitfähigkeit, Trübung, pH-Wert und Chlorgehalt und löst bei Überschreiten der eingestellten Grenzwerte eine Warnung aus. Da alle Messdaten aufgezeichnet werden, lassen sich zudem über eine Trendanalyse Membranbrüche frühzeitig detektieren. Ein Trendbericht kann für jedes Druckrohr separat erstellt werden. Er gibt Auskunft über die Membranintegrität der einzelnen Druckrohre. So lassen sich Probleme schnell lokalisieren, beheben und außerplanmäßige Anlagenstopps vermeiden.
Durch vormontierte Schaltschränke und definierte Schnittstellen ging die Installation des Online-Analyse-Systems sehr schnell. Für die Einbindung in das anlagenspezifische Kommunikationssystem stehen alle gängigen Schnittstellen zur Verfügung. In Pforzheim kommuniziert das Permeat-Monitoring-System über eine Profinet-Schnittstelle mit der übergeordneten Steuerung der Trinkwasseraufbereitungsanlage. Dadurch haben die verantwortlichen Mitarbeiter den Zustand der Filtermodule immer im Blick.

Vorbeugende Instandhaltung senkt ­Betriebskosten
Mittlerweile hat sich die Lösung im praktischen Betrieb bewährt. Dass man schneller auf Beeinträchtigungen der Funktion der Filtermembranen reagieren kann, hat die Wasserwerker überzeugt. Auf die manuelle Probenahme und die Eingabe in das EDV-System kann nun komplett verzichtet werden. Auch die lange Fehlersuche im Falle einer Undichtigkeit entfällt durch das neue Permeat-Monitoring-System komplett. Die Investition hat sich gelohnt, weil sie durch die höhere Anlagenverfügbarkeit sowie den geringeren Überprüfungs- und Wartungsaufwand kurz-, mittel- und langfristig Kosten spart. Davon können auch Anlagen mit anderen Strukturen profitieren: Da das Permeat-Monitoring-System auf der Ventilinsel Typ 8640 basiert, ist es gut skalierbar und eignet sich für kleine bis größte Anlagen, in denen bpw. bis zu 200 Druckrohre in einem Schaltschrank überwacht werden.