MOMO: INTEGRIERTES WASSER- RESSOURCENMANAGEMENT … MOMO: INTEGRIERTES WASSER-RESSOURCENMANAGEMENT IN ZENTRALASIEN Aufgabenstellung 1. Die Mongolei ist ein Land der Extreme: Temperaturschwankungen

I N S T I T U T S T E I L A N G E W A N D T E S Y S T E M T E C H N I K A S T

ASWA - SMARTES TRINKWASSER AUS AUTARKEN, EFFIZIENTEN UND MOBILEN WASSERWERKEN

Aufgabenstellung1

In kaum einem Bereich sind die

Differenzen zwischen Anspruch und

Wirklichkeit so gro wie im Bereich der

Trinkwasserversorgung: Zwar haben die

UN das Recht auf sauberes Wasser in den

Menschenrechtskatalog aufgenommen,

doch haben weltweit nach wie vor ber

800 Millionen Menschen keinen Zugang zu

sauberem Wasser, weit ber 2 Milliarden

keine einfachsten sanitren Anlagen.

Bisherige, mobile Trinkwasseraufbeitungs-

lsungen - beispielsweise fr den Einsatz

in Katastrophenregionen - bestehen meist

aus mehreren Modulen und chemischer

Aufbereitung, die aufwndig installiert und

in einem betriebsbereiten Zustand gehalten

werden mssen. Im Rahmen von ASWA

(autarken Systemlsung zur Wasser- /

Abwasseraufbereitung) soll daher ein vllig

neuer Ansatz zur Wasseraufbereitung

umgesetzt und in Wachstumsregionen wie

z.B. Asien positioniert werden.

Das mobile Wasserwerk

Fr das angestrebte Trinkwasseraufberei-

tungskonzept ASWA sind einige technische

Neuerungen geplant, die zum einen den

Installations- und Wartungsaufwand

minimieren, zum Anderen eine Vielzahl

an neuen Funktionen ermglichen. Dazu

gehren im Wesentlichen:

Leicht, transportabel und kompakt: DIN-Container-Format - weltweite Verladbarkeit

Modular und flexibel: Anpassung an unterschiedliche Wasserqualitten

Autark und energieeffizient: Netzunabhngige Stromversorgung mit Photovoltaik und Windkraft

Robust und wartungsarm: Thermische Isolation und Fernwartung per Mobilfunk oder Satellitenverbinung

Extrem Rohwassereffizient: Output 95 Prozent vom Input

Institutsteil Angewandte

Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ansprechpartner

Wasserversorgung und

Abwasserbehandlung:

Dr.-Ing. Buren Scharaw

Telefon +49 3677 461-121

[email protected]

Dipl.-Ing. Thomas Westerhoff

Telefon +49 3677 461-107

www.iosb-ast.fraunhofer.de

Technik

Es existieren bereits Anlagen zur Erzeugung

von Trinkwasser, diese bestehen aus meh-

reren Modulen die vor der Nutzung erst

aufwenig in einen betriebsbereiten Zustand

gebracht werden mssen.

Das Gewicht der Anlage wurde um 20%

reduziert. Durch diese Leichtbauweise des

Trinkwasseraufbereitungssystems ASWA

ist eine schnelle Inbetriebnahme am Zielort

mglich.

Das Konzept sieht vor, das dass gefrderte

Rohwasser mittels unterschiedlicher Was-

serbehandlungsmanahmen in Trinkwasser

umgewandelt werden kann. Durch die

flexible Anlagengre ist eine Produktion

von 100 bis 2.000 Liter Trinkwasser pro

Stunde mglich und die Energiespeiche-

rung erlaubt einen Betrieb von bis zu 16

Stunden pro Tag.

Durch die robuste und wartungsarme

Bauweise, sowie die berwachung via

Mobil- oder Satellitenverbindungen ist der

Einsatz auch ohne permanete Betreuung

von Personal vor Ort mglich.

Bei der Realisierung des Konzepts steht

vorallem die Funktionalitt im Focus, so soll

das ASWA Temperaturschwankungen von

+50C bis -20C aushalten und auch bei

Staub und Sandstrmen arbeiten.

Partner

Fachhochschule Schmalkalden KNN Systeme & Dienstleistungen PROTEKUM - Umweltinstitut GmbH

Oranienburg

VKA GmbH

Ausblick

Entwicklung von speziellen Funktionsele-menten fr Abwasser-und Wasserberei-tungsanlagen

Realisierung einer vllig autarken Betriebsweise

Online-Betriebsdatenerfassung & -berwachung zur Fernwartung der Anlagensteuerung

Verbesserung der Wasser-/Abwasser-aufbereitung durch neuartige Klrtechik und Hygieneniesierung

Einfacher Transport und Inbetriebnahme (Gehusesystem aus Leichtbau)

Funktionsabsicherung durch Lebensdau-erhypothesen fr die Steuerung sowie den Schichtverbundwerkstoffen unter Simulation der Einsatzbedingungen (hohe Temperaturschwankungen, hohe Feuchte)

Einsatz in Krisen- sowie und struktur-schwachen Gebieten

2 Prozessabbildung

2
Desinfektionslsungen mit UV-LEDS.PDF


1

INNOVATIVE DESINFEKTIONS-LSUNGEN MIT UV-LEDS

Motivation

Wasser hat eine enorme Bedeutung fr die

menschliche Existenz. Mehr als 660

Millionen Menschen weltweit haben noch

keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser,

was wiederum die Verbreitung von

Krankheiten und Epidemien begnstigen

kann. Die Desinfektion von Trinkwasser und

Bereitstellung von sauberem Trinkwasser fr

alle Menschen stellt deshalb einen

Hauptbestandteil der UN-Milleniumziele dar.

Aktuell werden in der Trinkwasser-

desinfektion aus Kostengrnden noch

klassische quecksilberhaltige Strahler den

UVC-LEDs vorgezogen, da ein

wirtschaftlicher Einsatz dieser momentan

noch nicht realisierbar ist. Auch gibt es bei

der Trinkwasserdesinfektion mittels LEDs

viele weitere offene Fragen, die mithilfe der

durchgefhrten Forschungsprojekte geklrt

werden sollen.

LEDs ermglichen jedoch durch ihre

spezifischen Eigenschaften vllig neue

Mglichkeiten, die wesentliche Nachteile

der bisherigen Technik lsen knnen. So

bentigt eine LED keine Aufwrmphase,

das bedeutet, dass ihre Leistung sofort

abgerufen werden kann. Ein inter-

mittierender Betrieb ist dadurch mglich.

Auch bezglich der Anordnung von LEDs

und den Freiheiten bei der Kombination

verschiedener Emissionswellenlngen, die

auf unterschiedliche Wirkmechanismen

abgestimmt werden knnen, ergeben sich

Effizienzvorteile in der Desinfektion. LEDs

erffnen beim Reaktordesign vllig neue

Mglichkeiten. Durch die zunehmende

Leistungsfhigkeit der LEDs werden

perspektivisch auch grere Reaktoren zur

Desinfektion umsetzbar. Darber hinaus ist

durch die geringe Versorgungsspannung

auch der Betrieb mit mobilen

Energiequellen realisierbar, was die

Dimensionen der Nutzung erweitert.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau, Germany


Abwasserbehandlung:


Telefon +49 3677 461-107

[email protected]


Telefon +49 3677 461-121

[email protected]


1

1

Umsetzung

Es wurden die technischen Aspekte zum

Ersatz von Quecksilberdampflampen durch

LEDs erarbeitet und die entsprechenden

Regularien recherchiert.

Da LEDs vielfltigste neue Reaktordesigns

ermglichen, wurden verschiedene LED-

Anordnungen simuliert und prototypisch

aufgebaut und vermessen. Unter

Bercksichtigung der gegebenen

Abstrahlcharakteristik konnte hierdurch

eine optimale Anordnung von LEDs

identifiziert werden. Fr diese Designs

wurden anschlieend Khlkonzepte sowie

die notwendige Ansteuerungselektronik

mit Monitoring-Fhigkeiten entworfen und

umgesetzt.

Eine besondere Innovation ist die

Mglichkeit, die LEDs direkt im Wasser

ohne aufwndiges Hllrohr zu betreiben,

wodurch die Leistungsausbeute durch

Wegfall von Reflexionen nochmals

gesteigert werden konnte.

Auf der IFAT 2018 wurden die ersten

Funktionsmuster der Fachwelt prsentiert.

1 Einzelne UV-LED-Sektion

2 Anordnung der LEDs auf einem Modul

Vorteile

Mehr Freiheiten beim Reaktordesign

Wellenlngen mit hherer Desinfektions-

wirkung verfgbar

Keine Aufheizphasen

Gute berwachung und Fernwartung

Hohe Lebensdauer

Sehr hohe mechanische Stabilitt,

vibrationsfest

Quecksilberfrei

Applikationen

Dezentrale Trinkwasserdesinfektion PoU (Point-of-Use) Anwendungen Desinfektion von Flssigkeiten im

klinischen Bereich

Oberflchendesinfektion Luftdesinfektion

Partner

Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB

PURION GmbH Xylem Water Services GmbH DVGW - Technologiezentrum Wasser

2
EDIT.pdf


FORSCHUNGSPROJEKT EDIT: HYGIENE ONLINE MONITORING

Aufgabenstellung1

Das Projekt EDIT zielt auf die Entwicklung

einer neuartigen Systemlsung fr das

Inline-Monitoring von wasserbrtigen

Pathogenen, bestehend aus einem

automatisierten Anreicherungs- und

Detektionssystems und dessen Integration

in gngige Wassermonitoringsysteme

fr die Hygieneberwachung von Roh-,

Trink- und aufbereitetem Abwasser sowie

in Oberflchengewssern. Wesentliches

technisches Innovationsmerkmal ist ein

automatisierter Workflow, der durch die

Entwicklung und optimale Abstimmung

verschiedener Komponenten (Subsysteme

fr Ankonzentration, Extraktion und Detek-

tion) erreicht wird. Die Validierung des

Gesamtsystems erfolgt sowohl unter

kontrollierten Versuchsbedingungen in

Laboratorien und Teststrecken wie auch

im Praxiseinsatz bei Endanwendern in der

Wasserwirtschaft.

Forschungsziele

Ziel dieser Arbeiten ist die Entwicklung

eines Funktionsmusters, die komplemen-

tiert werden durch die Untersuchung sich

wandelnder klimatischer, hydrologischer

und gesellschaftlicher Rahmenbedingungen

und ihrer Auswirkungen auf die Wasser-

wirtschaft und -hygiene. Grundlage dafr

ist ein auf die Bedrfnisse der Endanwen-

der abgestimmtes, optimal positioniertes

und systemtechnisch integrierbares System

(SIMS). Beide Arbeitsergebnisse werden als

Systemlsung in einem angepassten und

auf zuknftige Herausforderungen

ausgerichteten Hygiene-Online-Monitoring-

System (HOLM) zusammen gefhrt, fr

das sehr gute nationale und internationale

Vermarktungschancen bestehen und das

zahlreiche Einsatzmglichkeiten im Indus-

rie- und Forschungsbereich bietet.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau


Abwasserbehandlung:


Telefon +49 3677 461-121

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Telefon +49 3677 461-107

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Projektverlauf

Erfassung und Analyse zweier Versor-gungsgebiete

Erstellung der systemtechnischen Modelle

Simulation und Kalibrierung der Modelle Dynamische und hydraulische Simulation Platzierung des HOLM-Systems mittels

Modellsimulation in einer Teststrecke

Entwicklung der mathematischen Beschreibung zur Ausbreitung von Mi-kroorganismen, ihre Modellkalibierung und Umsetzung in einer Softwarelsung

Implementierung von Schnittstellen von SIMS und HOLM sowie dem Prozessleit-system

Test und Erprobung der entwickelten Manahmen

Projektparnter

Fraunhofer IOSB - Institutsteil Ange-wandte Systemtechnik AST

Helmholtz-Zentrum fr Umweltfor-schung GmbH (UFZ)

Institut fr Wasserchemie - TU Mnchen Institut fr Mikrosystemtechnik -

Universitt Freiburg

DVGW-Technologiezentrum Wasser Karlsruhe

r-biopharm AG GWK Przisionstechnik GmbH Berliner Wasserbetriebe Trinkwasserversorgung Magdeburg

GmbH

Stadtwerke Marburg GmbH badenova AG & Co. KG Stadtwerke Waldkirch GmbH

Ausblick

Zuknftig besteht fr das EDIT-HOLM-

System eine Vielzahl von Einsatzfeldern:

Wasserversorgern ermglicht ein schnelles

und automatisiertes Hygienemonitoring

nicht nur die Sicherstellung einer hygienisch

einwandfreien Trinkwasserbereitstellung,

sondern auch die Reduzierung prophylak-

tischer Desinfektionsmanahmen (wie z.B.

Chlorsplungen). Unter Feldbedingungen

wird das vergleichsweise kompakte System

ein schnelles und przises Monitoring der

mikrobiologischen Qualitt von Oberfl-

chen-, Grund- und Trinkwasser erlauben

selbst in Gebieten, in denen bislang

zuverlssige quantitative Testverfahren nicht

zur Verfgung standen.

2
HAPPI.pdf


KLEINWASSERKRAFTWERKE: BEWERTUNG UND VERBESSERUNG DER KLIMASCHUTZ POTENTIALE DURCH INTELLIGENTE TECHNOLOGIEN

Herausforderung

In der VR China soll die Verwendung von

Holz und anderen Brennstoffen durch

Kleinwasserkraftwerke signifikant reduziert

werden, um eine klimavertrgliche Ener-

gieinfrastruktur aufzubauen. So

werden allein bis 2014 ber tausend

Kleinanlagen in 24 Provinzen als treibstoff-

substituierender Wasserkraftwerke (Small

Hydropower Substituting Fuel SHSF)

installiert.

Mit der Energienutzung aus Wasserkraft

sind gleichzeitig aber auch groe

Auswirkungen auf Gewsserkologie,

Wasserfhrung, Soziokonomie oder das

aquatische kosystem verbunden, die

bisher nur in geringem Ausma in China

bercksichtigt werden. Oft beeinfluen sich

diese mehrkriteriellen Problemstellungen

gegenseitig.

Forschungsziele

Im deutsch-chinesischen Forschungsprojekt

HAPPI soll ein Bewertungsansatz fr

Planung, Bau und Betrieb von Kleinwas-

serkraftanlagen mit folgenden Aspekten

entwickelt werden:

kologische Auswirkungen: Klima-schutzpotenzial sowie Natur- und Gewsserschutz, wie z.B. nderungen in Flora und Fauna, der Landschaft und der

Fliegewsser sowie der Landnutzung,

konomische Auswirkungen: Kosteneffizienz, Netzinfrastruktur und Verbrauchernhe, Realisierungszeitraum, Standort- und bautechnische Optimie-

rung sowie

soziale Auswirkungen: verbesserte Infra-struktur, Beschftigung, Einfluss auf das Entwicklungspotenzial der lndlichen Besiedlung, Armutsbekmpfung und Umsiedlungen.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Oberflchenwasser und

Maritime Systeme:

Prof. Dr.-Ing. Thomas Rauschenbach

Telefon +49 3677 461-124

Fax +49 3677 461-100

[email protected]


www.happishp.com

Arbeitspakete

Nachhaltigkeitsbewertung Umwelt Nachhaltigkeitsbewertung Klima Nachhaltigkeitsbewertung

Soziokonomie

Hydrologische Modellierung und CO2-Bilanzierung

Hydraulik und Standortoptimierung Geotechnologie und

konstruktiver Wasserbau

Steuerungs- und Managementstrategien Energiemanagementstrategien Finanzierungsstrategien und

Betreibermodelle

Monitoringsystem Integrierter Planungsleitfaden Automatischer Kaskadenbetrieb Ex-Post Evaluierung der

Nachhaltigkeitsaspekte

Machbarkeitsevaluierung Beteiligungsprozesse und

Capacity-Building

Projektpartner

Fraunhofer IOSB - Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST

Fraunhofer-Institut fr System- und Innovationsforschung ISI

Universitt Kassel G.U.B. Ingenieur AG Umwelt- und Ingenieurtechnik

Dresden GmbH

Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbH

G.M.F. mbH - Gesellschaft fr Me- und Filtertechnik mbH

Ausblick

Neben den kologischen Vorteilen und der

optimierten Nutzen des enormen, bisher

unerschlossenen Energiepotenzials der

Wasserkraft, insbesondere in China, zielt

HAPPI auch auf die Erlangung wirtschaft-

lichen Nutzens durch Know-how-Transfer,

Patente und Export von Ingenieurdienst-

leistungen und Anlagenlieferleistungen.

Folgende Ziele stehen daher in der

Ergebnisverwertung im Vordergrund:

Anwendung von Modellen zur Stand-ortbewertung und den Entwurf von energetisch optimierten Wasserkraftan-lagen aus hydrologischer, hydraulischer, kologischer und konomischer Sicht.

Einsatz von Dimensionierungsverfahren zur optimalen Gestaltung von hyd-raulischen Anlagen des konstruktiven Wasserbaus bei Wasserkraftanlagen in

weitgehend modularer Bauweise.

Durchfhrung gewsserkologischer Gestaltungskonzepte bei Staubau-werken, hydraulischen Kanlen und der Anwendung fischfreundlicher

Kraftwerkstechnik.

Schulungen zur Anwendung der entwickelten Fhrungsinstrumente

fr das Qualittsmanagement und die

Gewhrleistung des Gesundheits- und

Arbeitsschutzes am Bau.

Beratungsleistungen zur Entwicklung von marktfhigen Unternehmensstruk-

turen fr Betrieb und Wirtschaftlichkeit

von Energieversorgungsunternehmen.

Entwicklung und Anwendung von Finanzierungs- und Betreibermodellen,

die auf die rechtlich-gesellschaftlichen

Verhltnisse Chinas ausgerichtet sind.

2
HydroDyn.pdf


WASSERNETZMANAGEMENT MIT HYDRODYN

Problemstellung

Betreiber von Trinkwasserverteilnetzen

stehen vor vielfltigen Problemen. Ihre

Hauptaufgabe ist die sichere und nachhalti-

ge Versorgung der Abnehmer mit qualitativ

hochwertigem Trinkwasser. Hierzu ist ein

komplexes Management des Versorgungs-

systems aus Hochbehltern, Pumpen,

Ventilen und Rohrleitungen notwendig.

Die Verbruche der Abnehmer mssen ab-

geschtzt, der Fllstand der Hochbehlter

sinnvoll gesteuert und die Pumpen sollten

zur Erhhung der Lebensdauer nicht zu

oft geschaltet werden. Auerdem mssen

regelmige Wartungsarbeiten geplant

und durchgefhrt werden, oft sind auch

Planungen fr Netzerweiterungen ntig.

All diese Aufgaben sollen natrlich mg-

lichst kostengnstig durchgefhrt werden

und sind ohne weitgehend automatisch

arbeitende technische Hilfsmittel kaum

noch realisierbar.

Fr den operativen Betrieb steht dem

Betreiber im Allgemeinen ein Prozessleit-

system zur Verfgung, dessen Regeleinstel-

lungen auf langjhrigen Erfahrungswerten

beruhen und einen stabilen, aber nur selten

wirklich kostenoptimalen Betrieb ermgli-

chen. Systeme zur aktiven Leckerkennung

und Leckortung sind selten installiert, so

dass Schden im Leitungssystem hufig zu

spt oder gar nicht erkannt werden.

Das HydroDyn Softwarepaket bietet eine

einzigartig flexible Auswahl an Online-

Werkzeugen zur Betriebsuntersttzung mit

transparenter Integration in bestehende

Systeme. Es hilft somit dem Betreiber seine

Anlage effektiver und sicherer zu steuern.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau

Ihr Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steffen Dietze

Telefon +49 3677 461-127

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Lsungen mit HydroDyn

Die Software HydroDyn erlaubt die Model-

lierung und Simulation von Wassernetzen

basierend auf einer modifizierten Version

des global etablierten Epanet-Rechenkerns.

Integration: Modelldaten knnen aus

Fremdsystemen bernommen werden.

HydroDyn kann ber eine OPC-Schnittstelle

oder ber Datenbankschnittstellen mit dem

Prozessleitsystem gekoppelt werden. Zur

Untersttzung des Betriebs von Wasserver-

sorgungsunternehmen ist es somit mglich,

HydroDyn auer fr planerische Aufgaben

vor allem prozessbegleitend einzusetzen.

Die folgenden, auf die jeweilige Situation

vor Ort anzupassenden Module stehen

dafr zur Verfgung:

Prozessbegleitende Simulation: Ein

Simulationsmodell luft online in Echtzeit

und basierend auf aktuellen Messwerten

parallel zum realen Prozess mit. Dies

ermglicht Einblicke in den Prozess an

Stellen, fr die keine Messwerte vorhanden

sind. Auerdem knnen ber Differenzen

zwischen simulierten und gemessenen

Werten Probleme im Netz erkannt werden.

Leckerkennung: Mit Hilfe verschiedener

Methoden wie Messwertmonitoring,

Volumen- und Massenbilanzen sowie

Vergleichen zwischen gemessenen und

simulierten Werten lassen sich mgliche

Leckagen erkennen und in ihrer Gre

abschtzen.

Referenzen

Verschiedene Module des Systems werden

in groen Pipelinesystemen im Nahen

Osten implementiert:

Saudi-Arabien Kuwait Vereinigte Arabische Emirate Libyen Mongolei

Leckortung: Basierend auf der vorherge-

henden Leckerkennung wird mit Methoden

wie Negative Pressure Wave und

Druckgradientenberechnung eine Abscht-

zung des Leckortes vorgenommen. Dabei

knnen alle im Netz vorhandenen Sensoren

bercksichtigt werden. Pinpoint-Suchver-

fahren mittels akustischem Korrelator oder

Bodenmikrofonen knnen so zielgerichteter

und zeitsparender erfolgen.

Verbrauchsprognose: Durch mathema-

tische Verfahren wird der wahrscheinliche

Verbrauch der Abnehmer im Netz fr die

nchsten 24 Stunden vorhergesagt.

Prozessoptimierung: Mittels mathemati-

scher Optimierungsverfahren und basierend

auf der hydraulischen Berechnung des

gesamten Netzes sowie der Verbrauchs-

prognose werden stndlich Vorschlge fr

den kostenoptimalen Betrieb des System

aus Hochbehltern, Pumpen und Ventilen

berechnet.

Transparenz: Alle Verfahren knnen so

in das Prozessleitsystem integriert werden,

dass der Einsatz fr den Betreiber vllig

transparent ist. Da die Verfahren den klas-

sischen Leitsystemfunktionen bergeordnet

sind und ausschlielich Handlungsvorschl-

ge generieren, bleiben alle im Leitsystem

realisierten Sicherheitsfunktionen intakt

und es entsteht bei ihrem Einsatz kein ber

den bisherigen Betrieb hinausgehendes

Risiko. Der Betreiber wird im optimalen

Betrieb seines Systems untersttzt.
KMU-MEM.pdf


ENERGIEEFFIZIENTE ABWASSER-BEHANDLUNG IN MEMBRAN BIO-REAKTOR DURCH ULTRASCHALLREINIGUNG

Aufgabenstellung1

In herkmmlichen Klranlagen wird das

Abwasser in drei Stufen gereinigt. In der

ersten Reinigungsstufe wird das Abwasser

mechanisch in Rechen- und Siebanlagen

gereinigt. In der zweiten Reinigungsstufe

wird das Abwasser dann biologisch gerei-

nigt. In konventionellen Anlagen werden

in einem Absetzbecken die gebundenen

Abwasserinhaltsstoffe als Schlamm vom

Klarwasser getrennt. Das Klarwasser wird in

der Regel in einen Fluss, den sogenannten

Vorfluter, eingeleitet.

In Wasserschutzgebieten ist je nach

Anforderung des Vorfluters eine

dritte Reinigungsstufe erforderlich. Hier

werden konventionell Sandfilter und eine

Desinfektionsstufe eingesetzt. Viren und

Bakterien sollen in der Desinfektionsstufe

abgettet werden. Eine Alternative zu

dieser herkmmlichen Tertirstufe ist die

Membranfiltration.

In Membran-Bio-Reaktoren (MBR)

konnte der Volumenbedarf fr die gesamte

Klranlage erheblich reduziert werden, da

die Membranen direkt in den Bio-Reaktor

eingetaucht werden. Somit knnen das

Nachklrbecken, die Sandfilter und die

Desinfektionsstufe komplett entfallen.

Allerdings tritt bei MBR-Anlagen das Prob-

lem des Bio-Fouling, des Bewuchses der

Membrane mit einer organischen Schicht,

auf. Um diese Schicht zu entfernen,

kann entweder eine Crossflow-Belftung

eingesetzt werden, oder eine chemische

Reinigung whrend des Rcksplvorgangs.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau


Abwasserbehandlung:


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Dipl. Ing. Steffen Dietze

Telefon +49 3677 461-127

[email protected]


gefrdert durch

1

Umsetzung

Um die enormen Energiekosten fr die Abreinigung der Membranen zu optimieren wird versucht, die Crossflow-Belftung mit herkmmlichen grobblasigen Belftern durch den Einsatz von Ultraschallwellen ge-neriert durch Plattenschwinger zu ersetzen.

Die Hauptbestandteile des Projektes sind:

Ermittlung der geeigneten Ultraschall-frequenz

Ermittlung der Reinigungsdauer und Hufigkeit

Erarbeitung eines Steuerungskonzeptes Umsetzung des Steuerungskonzeptes

Das gesamte Steuerungskonzept wird dabei vom Fraunhofer AST entwickelt und praktisch umgesetzt.

Ziel

Ziel ist hierbei die Entwicklung einer prozessadaptiven und somit energie-sparenden Anpassung von Reinigungs-dauer, Intensitt und Frequenz an die jeweilige Verschmutzung. Hierfr mssen geeignete, online messbare Hilfsgren zur Erfassung des aktuellen Verschmut-zungsgrades, der hauptschlich durch die im Wasser befindlichen Partikel sowie durch Bio-Fouling bestimmt wird, ermittelt werden. Durch den Einsatz der intelligenten Steuerung in Zusammenhang mit den neuartigen Reinigungsverfahren sollte der Energieeinsatz von MBR Anlagen erheblich reduziert werden knnen.

Partner

SGS Aqua Technologies GmbH Fraunhofer AST

1

22 berblick ber das Steuerkonzept.

1 Membran Bio-Reaktor

Zentrale Steuereinheit,entweder spezielle Hardware fr Industrieeinsatzoder auch jedes Android-basierte Handy/Tablet

Langzeitdatenspeicherung,Benutzerinterface

Schnittstellen zu Fremdsystemen

12 V Verschiedene Protokolle

Lokale Steuereinheitautonom arbeitsfhig



SteuerungenMesswerte auslesen

4-20 mADigital


4-20 mADigital


4-20 mADigital

Ethernet/UDP

O1 PumpensteuerungO2 UltraschallsteuerungI1 DurchflussmessungI2 Unterdruckmessung (ca. 700 mBar)I3 TrbungsmessungI4 TS-MessungSpter:O3 Pumpe VorlagebehlterI5 Wasserstand Vorlagebehlter
MOSIOP_UV_LED.pdf


1

MOSIOP - MODELLBASIERTE SIMULATION UND OPTIMIERUNG EINES UV-LED BASIERTEN DESINFEKTIONSMODULS

Motivation

Wasser hat eine enorme Bedeutung fr

die menschliche Existenz. Mehr als 660

Millionen Menschen weltweit haben noch

keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser,

was wiederum die Verbreitung von

Krankheiten und Epidemien begnstigen

kann. Die Desinfektion von Trinkwasser und

Bereitstellung von sauberem Trinkwasser fr

alle Menschen stellt deshalb einen Haupt-

bestandteil der UN-Milleniumziele dar.

Aktuell werden aus Kostengrnden noch

klassische Strahler den UVC-LEDs vorge-

zogen, da ein wirtschaftlicher Einsatz dieser

momentan noch nicht realisierbar ist.

Ebenso gibt es bei der Trinkwasser-

desinfektion mittels LEDs noch einige

offene Fragen, die mithilfe dieses Teil-

projektes geklrt werden sollen.

LEDs ermglichen jedoch durch Ihre

spezifischen Eigenschaften auch einige

Mglichkeiten, die wesentliche Nachteile

der bisherigen Technik lsen knnen. Eine

LED bentigt keine Aufwrmphase, das be-

deutet, dass ihre Leistung sofort abgerufen

werden kann. Ein intermittierender Betrieb

ist dadurch mglich. Auch bezglich der

Anordnung von LEDs und den Freiheiten

bei der Kombination verschiedener Emis-

sionswellenlngen, die auf unterschiedliche

Wirkmechanismen abgestimmt werden

knnen, ergeben sich besonders beim

Reaktordesign vielfltige Mglichkeiten.

Durch die zunehmende Leistungsfhigkeit

der LEDs werden perspektivisch auch klei-

nere Reaktoren zur Desinfektion umsetzbar.

Darber hinaus ist durch den geringen

Bedarf an Versorgungsspannung auch der

Betrieb mit mobilen Energiequellen reali-

sierbar, was die Dimensionen der Nutzung

erweitert.


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50



Abwasserbehandlung:


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1 Simulation des Wasserflusses im Inneren, ohne

Trennwnde

1


Umsetzung

Der Institutsteil Angewandte Systemtechnik

(AST) des Fraunhofer IOSB untersucht

zunchst die technischen Aspekte zum

Austausch von Quecksilberdampflampen

durch LEDs und die entsprechenden

Regularien. Weiterhin werden verschiedene

LED-Anordnungen getestet. Unter Berck-

sichtigung der gegebenen Abstrahlcharak-

teristik soll die optimale Anordnung von

LEDs identifiziert werden.

Im Folgenden Verlauf wird sowohl simulativ

als auch experimentell ein Khlkonzept

entwickelt, welches die Alterung der LEDs

soweit mglich verringern soll.

Einen weiteren wichtigen Punkt stellt die

Entwicklung eines druckresistenten und UV-

bestndigen transparenten Gehuses und

einer wasserdichten Modulsteckverbindung

dar.

Den Abschluss bildet die Ausarbeitung

des Funktionsmusters des Moduls und die

Entwicklung der Modulplatine.

Ziel

Das Hauptziel ist zunchst die Entwicklung

eines kaskadierbaren UVC-LED Desinfek-

tionsmoduls.

Aufgrund der Trinkwasserproblematik wird

eine einfache und sichere Handhabung

angestrebt, die den flchendeckenden

Einsatz in betroffenen Lndern ermglicht.

Hierzu werden Grundlagenuntersuchungen

durchgefhrt welche Wissenslcken, die

aktuell im Bereich des effizienten Einsatzes

von UV-LEDs zur Wasserdesinfektion

existieren, schlieen. Die gewonnenen Er-

kenntnisse flieen direkt in die Entwicklung

des Moduls ein und sollen eine Nutzung

des UV-LED Moduls am PoU (Point of

Use) sowie in grotechnischen Anlagen

ermglichen.

Partner

Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB

PURION GmbH Xylem Water Services GmbH DVGW - Technologiezentrum Wasser
MoMo-Phase-II.pdf


1

MOMO PHASE II: SBR-PILOTKLRANLAGE & WASSERMONITORING

Aufgabenstellung1

Die Mongolei ist ein Land der Extreme:

Temperaturschwankungen von +40 Grad

bis -40 Grad Celsius ber das Jahr verteilt,

ausgedehnte Wlder mit reichhaltigen

Niederschlgen im Norden und lebens-

feindliche Bedingungen in der Wste

Gobi - zusammengenommen stellen diese

Faktoren eine Herausforderung fr eine

nachhaltige Wasserbewirtschaftung der

Region dar.

Fr MoMo wurde die Mongolei daher als

Modellregion fr die Bearbeitung, Lsung

und Umsetzung eines auf die nachhaltige

Nutzung ausgerichteten, integrierten

Wasserressourcenmanagements (IWRM) in

Zentralasien ausgewhlt.

Das Forschungsprojekt MoMo gliedert sich

in mehrere Phasen: Schwerpunkt der ersten

Phase war die Erarbeitung von Grundlagen

auf Basis wissenschaftlicher Analysen. In

der zweiten Phase liegt der Fokus auf der

prototypischen Umsetzung der in Phase I

generierten Handlungsempfehlungen.

1 Installation von Sensorik fr die

dynamische Netzberechnung mit

HydroDyn


Systemtechnik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau


Abwasserbehandlung:


Telefon +49 3677 461-121

[email protected]

Dipl.-Ing. Stefan Rll

Telefon +49 3677 461-172

[email protected]


gefrdert durch

Monitoring

Installation von Datenloggern zur Erfassung der Grundwasserressourcen

Aufbau eines Grundwassermessnetzes mit entsprechender Datenbank-anbindung

Analyse der Grund- und Tinkwasser-qualitt in Darkhan, den Gersiedlungen sowie in der regionalen Umgebung

Klranlage Darkhan

Optimaler Betrieb der Klranlage Darkhan

Implementierung innovativer Optimierungsalgorithmen

Analyse der Abwasserqualitt

Sequential Batch Reactor (SBR)

SBR zur Abwasserreinigung Pilothafte Implementierung der

SBR-Anlage

Kooperation mit p2m und der USAG Darkhan

Innovative, dezentrale Technik zur Abwassereinigung

Modellierung und Simulation der Abwassereinungsprozesse

Optimale Steuerung der Anlage hin-sichtlich verschiedener Reinigungsziele und unter Bercksichtigung der ueren Randbedingungen, z.B. niedrige Tempe-raturen und kontinentales Klima

Implementierung, Umsetzung und Pro-grammierung einer vollautomatisierten SPS-Steuerung fr den SBR-Reaktor

Trinkwasserverteilnetz

Modellierung und Simulation der Trinkwasserverteilung in Darkhan

Installation von Sensoren in das Trinkwassernetz

Verbesserte Modellkalibrierung durch eingebaute Messtechnik

Leckortung Analyse und Identifikation

der Schwachstellen im Trinkwasser-

verteilnetz

Behebung der Schwachstellen und Lecks in Zusammenarbeit mit

der USAG Darkhan

Kooperationspartner

Bauhaus Universitt Weimar Bergmann Abwassertechnik CESR - Center for Environmental

Systems Research

geoflux GbR Helmholtz-Zentrum fr Umweltfor-

schung GmbH - UFZ

Leibniz-Institut fr Gewsserkologie und Binnenfischerei

p2m berlin GmbH Passavant-Roediger GmbH Seeconsult GmbH Terrestris GmbH & Co. KG Universitt Heidelberg Vista Geowissenschaftliche

Fernerkundung GmbH

2
MoMo-Phase-III.pdf


1

MOMO PHASE III: PRAKTISCHE UMSETZUNG VON IWRM- KONZEPTEN IN DARKHAN

Aufgabenstellung

Darkhan ist mit rund 90.000 Einwohnern

die drittgrte Stadt in der Mongolei und

das Einzugsgebiet um Darkhan-Uul-Aimag

die zweitgrte Industrieregion des

Steppen- und Wstenstaates. Die Stadt

wurde zu Beginn der 1960er Jahre als

Industriestandort nach sozialistischem

Vorbild auf der grnen Wiese errichtet.

Seit 2006 beschftigt sich das Fraunhofer

IOSB-AST im Rahmen der Frdermanahme

Integriertes Wasserressourcenmana-

gement IWRM in der Modellregion

Mongolei mit der Sicherstellung der Trink-

wasserversorgung und Verbesserung der

Abwasserbehandlung in und um Darkhan.

Probleme entstehen dabei vorallem durch

die veraltete technische Infrastruktur und

intensive Industrie- und Bergbauaktivitten

im Einzugsgebiet Kharaa. So konnten

Fraunhofer-Wissenschaftler in der Phase I

und II des Forschungsprojektes mit einem

Monitoringsystem Trinkwasserverluste von

ber fnfzig Prozent im Wasserversor-

gungsnetz von Darkhan nachweisen. Eine

weitere Hrde sind die Siedlungsstrukturen:

Etwa die Hlfte aller Einwohner von Dark-

han lebt in peri-urbanen Siedlungen ohne

Anschluss an ein zentrales Trinkwasser- und

Abwassersystem. Der Schwerpunkt in

Phase III des MoMo-Projektes liegt daher

darauf, die in den vorangegangenen

Projektphasen ermittelten und getesteten

wissenschaftlichen und technischen

Lsungen im volltechnischen Mastab

umzusetzen. Auerdem sollen die Anstze

in vergleichbare Regionen bertragen

und damit ein erweiterter Zugang zum

zentralasischen Markt im Bereich des

Umwelt- und Wassersektors geschaffen

1 Tiefbrunnen fr Grundwasser-

monitoringsysteme

Institutsteil Angewandte System-

technik AST

Am Vogelherd 50

98693 Ilmenau


Abwasserbehandlung:


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gefrdert durch

2 Bau einer dezentralen Klr-

anlage in lndlicher Region

2

Grundwasser

Erstellung und Implementierung eines langfristigen Grundwassermonitorings mit lokalen Partnern

Schrittweise bergabe des Grundwasser-Monitorings in die Eigenverantwortlich-keit der mongolischen Partner

Abwasser

Weiterer Ausbau der in MoMo Phase II getesteten WSB-Technologie und bertragung auf zehn bis fnfzehn Mehrfamilienhuser in Darkhan

Zustandserfassung und Belastung der Abwasserkanalisation mittels technischer Simulationswerkzeuge

Beratungsleistungen fr die Sanierung der Zentralklranlage der Stadt Darkhan

Trinkwasser

Sanierung von zwei Leitungsabschnitten 2012 und 2014 haben die Trinkwasser-verluste um fnfzehn Prozent reduziert

Sanierung im Stadtteil Mangirt mit hchster Prioritt, da hier die Trinkwas-serverluste bei ber 70 Prozent liegen

Stromerzeugung mittels Turbine ber eine DN600-Fallleitung

Online-Fernablesung von Wasserzhlern

Projektbegleitende Manahmen

Zulassungen und Standardisierungen der in MoMo Phase II getesteten Verfahren

Pre-Feasibility-Study zur Verbesserung der Trinkwassersituation in Darkhan

Betreibermodelle fr fachliche und bautechnische Umsetzung von WSB-

Anlagen

Austauschprogramme (DAAD) und Capacity Development mit der KRBA

(Kharaa River Basin Management)

Technische Ausbildung, Training und Schulung von Fachkrften

Kooperationspartner in Deutschland

Bergmann Abwassertechnik AG Deutsches Institut fr Entwicklungs-

politik (DIE)

Helmholtz-Zentrum fr Umwelt-forschung GmbH - UFZ

Leibniz-Institut fr Gewsserkologie und Binnenfischerei

p2m berlin GmbH Terrestris GmbH & Co. KG

Kooperationspartner in der Mongolei

Ministry for Construction and Urban Development

Ministry for Environment and Green Development

Ministry for Education, Culture and Sport

Mongolian University of Science and Technology (MUST)

National Water Authority of Mongolia Darkhan-uul Aimag Darkhan Sum and Orkhon Sum Communal water supply of Darkhan city

(USAG)

Fa Gereege Construction Fa Ultrasonic LLC

3

3 Neubau einer Abwasserzubrin-

gerleitung in lndlicher Region
MoMo.pdf


1

MOMO: INTEGRIERTES WASSER-RESSOURCENMANAGEMENT INZENTRALASIEN

Aufgabenstellung1

Die Mongolei ist ein Land der Extreme:

Temperaturschwankungen von +40 Grad

bis -40 Grad Celsius ber das Jahr verteilt,

ausgedehnte Wlder mit reichhaltigen

Niederschlgen im Norden und lebens-

feindliche Bedingungen in der Wste

Gobi - zusammengenommen stellen diese

Faktoren eine Herausforderung fr eine

nachhaltige Wasserbewirtschaftung der

Region dar.

Die Mongolei wurde als Modellregion fr

die Bearbeitung, Lsung und Umsetzung

eines auf die nachhaltige Nutzung

ausgerichteten, integrierten Wasserressour-

cenmanagements (IWRM) in Zentralasien

vorgeschlagen. Es wird ein Ansatz verfolgt,

in dem Nutzungs- und Schutzbelange, die

Manahmen und die Umsetzung in einem

interdisziplinren Management integrativ

bearbeitet werden.

Fr das Projekt wurde eine Laufzeit von

3 plus 2 Jahren, aufgeteilt in mehrere

Phasen und in definierte Arbeitsschritte,

veranschlagt.

1 Die oft dezentral anzutreffen-

den Jurtensiedlungen in der Mon-

golei stellen eine Herausforderung

fr eine nachhaltige Trinkwasser-

versorgung dar.


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gefrdert durch

Ziele

Identifizierung der Schwachstellen und Engpsse des Versorgungsnetzes

Konzepterstellung zur Sanierung von Leitungsnetzen und Infrastrukturen

Planung und optimale Bemessung der Anlagen

Optimiertes Management der Wasserver- und Abwasserentsorgung in lndlichen sowie stdtischen Gebieten

Verringerung der bernutzung von Wasserressourcen und von diffusen Gewsserbelastungen

Effektive Wassernutzung, Wasserpreis-entwicklung

Sicherung kologischer Funktionen und Naturschutz, stdtische Entwicklung und Bevlkerungsexplosion

Aufbau von Forschungs- und Entwick-lungsaktivitten

Bildung und ffentlichkeitsarbeit Wissenstransfer (Einzugsgebiet, Region,

Mongolei, Zentralasien)

Methoden

Mittels der im Fraunhofer AST entwi-

ckelten Simulationsprogramme werden

die Schwachstellen und Engpsse der

Versorgungs- und Entsorgungsnetze

bestimmt und schlielich eine optimale Pla-

nungsaufgabe zur Systemauslegung sowie

optimierte Vorschlge zur Bewirtschaftung

unterbreitet und damit z.B. die immens ho-

hen Sanierungs- und Betriebskosten mini-

miert. Mittels Kostenvergleichsrechnungen

werden Sanierungsalternativen untersucht

und Entscheidungshilfen vorgeschlagen

dahingehend, ob systematische Repara-

turen oder eher Erneuerungen mit den

entsprechend erforderlichen Investitionen

zu einem optimierten Kapitaleinsatz fhren.

Neben der Analyse des derzeitigen Zustan-

des der Anlagen und der anzusetzenden

Sanierungskosten werden in den Anstzen

die verfgbaren Einnahmen (Gebhren),

Nutzungsdauer der Anlagen und die

Belange der Nutzergruppen bercksichtigt.

Sensitivittsanalysen zeigen den Betreibern

der Wasserversorgungsanlagen und den

politischen Entscheidungstrgern

auf, wie sich die gewhlten Anstze

langfristig auf Kosten (Einnahmen und

Ausgaben) und Vermgen (Werteverzehr)

auswirken.

Partner

Ing.-Bro Dr. Pecher und Partner Leibniz Institut fr Gewsserkologie

und Binnenfischerei Berlin

Universitt Kassel TU Ilmenau

2 Das Fehlen flchendeckender

Trinkwassernetze erfordert in der

Modellregion Mongolei so

genannte Wasserkioske

2
POS.pdf


1

POS: PROZESSOPTIMIERUNGS-SYSTEM FR KLRANLAGEN

Aufgabenstellung1

Moderne Klranlagen sind komplexe

Gebilde. Ein optimaler Betrieb ist aufgrund

der vielen mglichen Stellgren und

sich widersprechenden Teilziele der

verschiedenen Prozesse nur sehr schwierig

zu erreichen. Deshalb steht das Prozessopti-

mierungssystem dem Anlagenbetreiber

im Fhren seiner Anlage beratend bei.

Das Prozessoptimierungssystem setzt auf

dem Leitsystem der Anlage auf und hilft

dem Betreiber mit modernen Methoden

der modellprdiktiven Regelung beim

Ermitteln der langfristig optimalen Betriebs-

einstellungen. Da es als Beratungssystem

ausgelegt ist, greift es nicht direkt in die

Steuerung der Anlage ein, sondern stellt

nur Entscheidungshilfen fr den optimalen

Betrieb bereit.

Ziele

Aufgrund der groen verfahrens- und

messtechnischen Unterschiede einzelner

Klranlagen ist das Prozessoptimierungs-

system kein monolithisches Programm,

sondern besteht aus einer Reihe von

Modulen, die an die jeweilige Anlage und

speziellen Anforderungen des Betreibers

angepasst werden.

Wesentlich ist dabei die ganzheitliche

Betrachtung der Anlage, die,

abhngig von den rtlichen Voraus-

setzungen, vom Kanalnetz ber die

Belebung bis hin zur Schlammfaulung und

Energiegewinnung reicht. Neben der Pro-

zessoptimierung eignet sich das System zur

Messdatenvisualisierung, zu Veranschauli-

chung der Kostensituation der Anlage und

zur vorausschauenden dynamischen

Simulation bestimmter Betriebszustnde.

1 Neben der Simulation und Pro-

zessoptimierung verfgt POS auch

ber umfangreiche Mglichkeiten

zur Messdatenvisualisierung


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Voraussetzungen

Das POS baut auf einer eigenen Datenbasis

auf in welche die Daten aus dem Leitsystem

der Klranlage bertragen werden. Dabei

werden Schnittstellen wie SQL, ACPLT/KS

und OPC (zuknftig) untersttzt.

Ein wesentlicher Vorteil des POS ist

seine Netzwerkfhigkeit. So kann die

Bedienoberflche auf verschiedenen

Rechnern der Anlage laufen und eine

visuelle Darstellung der Daten ist mittels

eines Webbrowsers ber das Internet

mglich. Die Datenbertragung kann dabei

ber verschlsselte und passwortgeschtzte

Verbindungen erfolgen. Das Prozessopti-

mierungssystem setzt einen modernen,

gut ausgestatteten Rechner voraus. Es wer-

den die meisten Windows (ab NT), Unix,

Linux und Macintosh Systeme untersttzt.

Fr die Visualisierung ber das Internet ist

jeder moderner Webbrowser geeignet.

Weiterhin sind verschiedene Online-Mes-

sungen sowie der Zugang zu den Messda-

ten und Einstellungen der Klranlage ber

das Prozessleitsystem notwendig. An diese

Messdaten werden hohe Anforderungen

hinsichtlich Verfgbarkeit und Zuverlssig-

keit gestellt.

Ergebnis

Basierend auf einem angepassten Modell

bietet das POS die Mglichkeit, Teile

der Anlage oder die gesamte Anlage zu

simulieren. Diese Simulation kann online

oder offline erfolgen. Die Offline-Simulation

erfolgt mit historischen oder knstlich

erzeugten Eingangsdaten. Sie eignet sich

fr die Ausbildung des Betriebspersonals

sowie zum vorherigen Testen neuer

Betriebseinstellungen.

Bei der Online-Simulation wird das

Anlagenmodell parallel zur realen Anlage

mit den gleichen Eingangsdaten simuliert.

Somit ist es mglich, aktuelle Informationen

ber Anlagenteile, von denen keine

Online-Messwerte zur Verfgung stehen,

zu bekommen. Das Simulationssystem

wird als Softwaresensor betrieben. Im

Vordergrund steht der kostenoptimale

Betrieb der gesamten Anlage. Aufgrund

der ganzheitlichen Betrachtung wird

ein optimales Zusammenspiel der einzelnen

Anlagenteile erreicht.

Die Optimierung ist als modell-prdiktive

Regelung ausgelegt. Das bedeutet, dass

aufbauend auf dem Anlagenmodell

ein- oder mehrmals tglich die kostenopti-

malen Einstellungen fr die Anlage berech-

net werden. Als Ergebnis der Optimierung

erhlt der Anlagenbetreiber Vorschlge

fr die optimalen Einstellungen der

Anlagenstellgren.
Projekt-Saudi-Arabien-ABB.pdf


1

SHOAIBA PHASE III: TRINKWASSERVERSORGUNG FR SAUDI-ARABIEN

Wasser fr den Wstenstaat

Das Knigreich Saudi-Arabien besitzt eine

schnell wachsende Bevlkerung mit einem

Durchschnittsalter von etwa 21 Jahren (zum

Vergleich dazu Deutschland: 41 Jahre),

fast zwei Drittel der Einwohner ist unter

25 Jahre alt. Wasser ist dabei ein entschei-

dender Faktor fr die Lebensqualitt der

Menschen, aber auch fr wirtschaftliche

Prosperitt, zum Beispiel in einem wachsen-

den Industrie- und Landwirtschaftssektor.

Zusammen fhren beide Einflugren

auch in Zukunft zu einem weiter steigen-

den Wasserbedarf in Saudi-Arabien, der

nicht mehr vollstndig durch die unterir-

dischen Grundwasservorrte abgedeckt

werden kann, zumal grere Flusysteme

oder Seen nahezu vollstndig fehlen. Der

Staat bernimmt daher betrchtliche An-

strengungen, um Meerentsalzungsanlagen

an den Ksten zu installieren und ber

riesige Pipeline-System zu den Verbrauchs-

zentren im Landesinneren zu befrdern. Ein

Beispiel dafr ist das SHOAIBA III Water

Transmission Project. Es umfasst fnf

Pumpstationen, drei Reservoire sowie ein

344 km langes Pipelinenetz, das Wasser aus

den rohlgefeuerten Entsalzungsanlagen zu

den Stdten Dschidda, Taif und Mekka mit

ingesamt rund fnf Millionen Einwohnern

transportieren soll. Im Auftrag der ABB AG

erstellt das Fraunhofer AST fr das Projekt

ein Leckerkennungs- und Simulationssys-

tem, das zusammen mit einer modernen

Leittechnik fr ein hochverfgbares

Wassertransportsystem sorgen soll. Mit

dem durch die Softwarelsung HydroDyn

mglichen Netzprognosen knnen alle

Elemente (Pumpenbetrieb, Befllung der

Reservoire, Auslastung der Entsalzungsan-

lagen) optimal aufeinander abgestimmt,

Wasserluste minimiert und Betriebskosten

reduziert werden.

1 Fossiles Kraftwerk fr die

Entsalzungsanlagen in Dschidda.

Quelle: ALSTOM Pressemitteilung


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Technik

Das Pipelinesystem frdert das Wasser

ber 30 Pumpen vom Meer auf bis zu

1700 m Hhe. Dabei entstehen in den

Rohrleitungen Drcke bis zu 80 Bar, was

einer Tauchtiefe von 800 m entsprechen

wrde. Das Fraunhofer AST stellt eine

prozessbegleitende Simulation fr dieses

System aus Rohrleitungen, Pumpen,

Ventilen und Tanks bereit. Das bedeutet,

dass die vom Fraunhofer AST entwickelte

Simulationssoftware HydroDyn direkt an

das Prozessleitsystem von ABB gekoppelt

ist und einen Online-Vergleich von

simulierten und gemessenen Werten

ermglicht. Dadurch lassen sich mgliche

Fehler im Pipelinesystem erkennen und

der Betrieb kann optimiert werden.

Darber hinaus ermglicht das System eine

simulationsuntersttzte Leckerkennung

und Leckortung, fr die sonst nur schwer

zu berwachenden Rohrleitungen, die

zum Teil in unterirdischen Tunnelsystemen

verlegt sind.

Projektpartner

ABB ist ein fhrender Technologiekonzern

der Energie- und Automationstechnik. Das

Unternehmen ermglicht seinen Kunden in

der Energieversorgung, der Industrie und

im Handel, ihre Produktivitt zu verbessern

und die Umweltbelastung zu reduzieren.

Der ABB-Konzern beschftigt weltweit

etwa 117.000 Mitarbeiter, davon rund

11.000 in Deutschland.

Ausblick

Die eingesetzte Software HydroDyn

mit ihrer engen Ankopplung an das ABB

Leitsystem hilft dem Betreiber, den Betrieb

seines System zu optimieren, fehlerhafte

Zustnde zu erkennen sowie bestimmte

Betriebsszenarios vorab am Computer zu

testen. Weiterhin kann das Betriebspersonal

geschult werden. Auf Grund des weltweit

zunehmenden Wertes der Ressourcen

Wasser und Energie werden Systeme,

welche die Wasserverluste minimieren

sowie den Energieverbrauch optimieren,

in naher Zukunft zur Standardausrstung

in der Wasserversorgung zhlen. Allein

in Saudi-Arabien sind mehrere hnliche

Projekte in Vorbereitung.

1 Pipelinesystem

2 Pipeline-Verlegung in Saudi-

Arabien. Quelle: Pressemitteilung

iLF Beratende Ingenieure

2

Kartenmaterial von OpenStreetMap - Verffentlicht unter CC-BY-SA 2.0

1
TOS.pdf


1

TOS: OPTIMIERTE BEWIRT- SCHAFTUNG FR SPEICHER- UND TALSPERRENSYSTEME

Aufgabenstellung1

Talsperren sind kosysteme, welche

empfindlich auf Vernderungen in der

Umwelt reagieren. Entscheidend fr ihren

Zustand sind einerseits Menge und Art der

Stoff- und Energieeintrge in das Gewsser

und andererseits auch Prozesse des Stoff-

und Energieumsatzes im Gewsser selbst.

Die Beeinflussung der Trinkwasserres-

sourcen wchst mit der Intensitt der

Einzugsgebietsbewirtschaftung und der

Nutzung des Gewssers. Die internen

Umsatzprozesse im Gewsser sowie die Zu-

und Ablufe werden aber auch erheblich

durch meteorologische und hydrologische

Einflussgren bestimmt. Die Bedeutung

dieser Einflussgren hat in den letzten

Jahren zugenommen.

Die inzwischen unbestrittenen globalen

Klimanderungen haben witterungsbeding-

te Extremwetterlagen, wie Rekordber-

schwemmungen (Asien und Nordamerika)

und Drreperioden (Afrika, Australien) zur

Folge. Ungewhnliche Wetterlagen fhrten

in der jngsten Vergangenheit auch in

Mitteleuropa zu Situationen, in denen die

kontinuierliche Bereitstellung von Wasser

hchster Qualitt aus Talsperren nur unter

erheblichem Aufwand mglich war. Eine

optimierte Bewirtschaftung der Talsperren

unter Einbeziehung aller Randbedingungen

ist somit unumgnglich.

1 TOS dient zum Entwurf von Be-

wirtschaftungsstrategien und zur

Beherrschung von Hochwasser-

situationen fr Speicher- und

Talsperrensysteme.


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Technik

Der Aufbau eines ganzheitlichen Systems

aus

1. Gewsserschutz,

2. gezielter Bewirtschaftung eines groen

Wasserkrpers und

3. Wasseraufbereitung

ist die Voraussetzung zur Sicherung der

Trinkwassermenge und -qualitt. Die

Systemlsung besteht darin, modellgesttz-

te, optimierte Strategien fr die Steuerung

der Speicher- und Talsperrensysteme zur

tglichen Wassermengen- und -qualitts-

bewirtschaftung sowie in Hochwassersitu-

ationen zu ermitteln. Dafr wird fr den

Betreiber eine individuelle Bedienoberflche

entwickelt. Grundlage fr die Optimierung

sind Einzugsgebiets- und Gewssergte-

modelle sowie Zufluss- und Niederschlags-

vorhersagen. Wichtige Randbedingungen

sind Vorschriften und Vorgaben fr die

Rohwassergte (Trinkwasserverordnung),

Steuervorschriften fr die einzelnen Ver-

bindungsstollen und Trinkwassertalsperren

sowie vorgegebene Wasserabgabemengen.

Ergebnis

Die rechnergesttzte Optimierung hat

besondere Bedeutung bei Mehr-Speicher-

Systemen mit unterschiedlichen Aufgaben,

bei denen Experten auch nherungsweise

kaum optimale Strategien anhand ihrer Er-

fahrungen und mentalen Modellen finden

knnen. Eine getrennte Einzelsteuerung

wre hier im Allgemeinen einer optimalen

Gesamtsteuerung deutlich unterlegen. Als

Online-Beratungssystem fr die optimale

Bewirtschaftung von Talsperrensystemen

wurde das modulare Softwarepaket TOS

entwickelt.

Ausblick

Durch die Informationstechnologie und

Automatisierungstechnik erffnen sich dem

Betreiber von Talsperren neue Mglichkei-

ten fr die Optimierung der berwachung

und der Bewirtschaftung von Gewssern.

Im Verbund mit Gewsserschutzstrategien

und Aufbereitungstechnologien werden auf

dieser Basis auch zuknftig regenerative

Ressourcen wie Talsperren eine erhebliche

Bedeutung fr die Trinkwasserversorgung

einnehmen. Deshalb ist es in Zusammen-

arbeit zwischen dem Fraunhofer AST

und der Thringer Talsperrenverwaltung

vorgesehen, Optimierungsprogramme,

Systemmodelle und Wissensbasen, in

denen grundlegendes Fachwissen abgelegt

ist, ber Schnittstellen sinnvoll zu verknp-

fen, so dass den Fachleuten ein Hchstma

an Informationen ber mgliche Bewirt-

schaftungs- und Sanierungsmanahmen

innerhalb krzester Zeit verfgbar wird.
UV-LEDS in der Medizintechnik.pdf


1

UV-LEDS IN DER MEDIZINTECHNIK

Motivation

Das Fraunhofer IOSB-AST arbeitet seit 2014

im Advanced-UV for Life-Konsortium

zusammen mit verschiedenen Unterneh-

men und Forschungseinrichtungen im

Bereich der Entwicklung von UV-LEDs und

deren Anwendung in unterschiedlichsten

Einsatzfeldern. Neben Technologie-partnern

wie dem Ferdinand-Braun-Institut fr

Hochfrequenztechnik Berlin, die sich mit

der Entwicklung der LEDs beschftigen,

ist es Aufgabe des Fraunhofer IOSB-AST

technische Lsungen fr den Einsatz in An-

wendungen zu erforschen und Lsungen

fr Probleme zu finden.

Hierbei wird besonderes Augenmerk auf

die gezielte Ausnutzung der Vorteile,

die UV-LEDs gegenber klassischen

quecksilberbasierten Strahlungsquellen

bieten, gelegt. Neben der deutlich hheren

mechanischen Stabilitt von LEDs, der

Mglichkeit der Versorgung im Niedrig-

spannungsbereich, sowie der besseren Ge-

staltungs-mglichkeiten bei der Anordnung

der Strahlungsquellen bieten besonders die

relativ frei whlbaren Wellenlngen stark

erweiterte Anwendungsmglichkeiten. Der

Wellenlngenbereich im UVC-Band (240-

280nm) ist uerst effektiv in der Abttung

von Mikroorganismen, da er direkt die DNA

von Bakterien und Viren zerstrt.

So zeigen sich beim Einsatz von UVC-LEDs

mit 265nm Emissionswellenlnge in der

Desinfektion um bis zu zwei Log-Stufen

bessere Desinfektionsleistungen gegenber

klassischen Quecksilber-Niederdruck-

Strahlern bei gleicher Bestrahlungsdosis.

Dieses Potential macht UVC-LEDs im Kampf

gegen multiresistente Erreger im Gesund-

heitswesen zu einer effizienten Waffe,

ohne dass Antibiotika oder chemische

Substanzen zum Einsatz kommen.


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1

1 Einzelne UV-LED-Sektion

1


Technologieanstze

UVC-LEDs knnen in medizinischen Ger-

ten aufgrund ihrer kleinen Abmessungen

und hohen Strahlungsintensitt zur zielge-

richteten Desinfektion von Flssigkeiten,

Oberflchen und schwer zugnglichen

Bereichen eingesetzt werden. Da die LEDs

Punktlichtquellen mit hoher Intensitt sind,

lassen sich durch geschickte Anordnung

komplexe Bestrahlungsgeometrien effizient

erzeugen. Das Fraunhofer IOSB-AST hat

in den vergangenen Jahren im Bereich des

Designs von LED-basierten UVC-Strahlungs-

quellen, der Simulation und Optimierung

des Bestrahlungsfeldes umfangreiche

Erfahrungen gesammelt und bietet diese

Fachkompetenz interessierten Kunden an.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten am

Fraunhofer IOSB-AST ist die Entwicklung

geeigneter UVC-LED-Ansteuerelektroniken,

deren Eigenschaften weit ber die

herkmmlicher LED-Ansteuerungen im

Beleuchtungssektor hinausgehen. Da

UVC-Strahlung fr das menschliche Auge

unsichtbar ist, mssen UVC-Lichtquellen

elektronisch berwacht werden. Ebenso ist

sie Sicherstellung der Bestrahlungsdosis zur

Erreichung einer effektiven Desinfektion

wichtig. Weiterhin knnen verschiedene

Wellenlngen kombiniert werden, die auf

unterschiedliche Wirkmechanismen abzie-

len. Daher wurden Mehrkanalquellen (bis

zu 24 einzeln regelbare Kanle) entwickelt.

Auch Hochleistungsansteuerungen finden

sich im Portfolio des Institutes. Diese und

weitere Funktionen sind in den Ansteue-

rungen integriert.

Die Fraunhofer Gesellschaft versteht sich

hierbei jedoch nicht als Hersteller, sondern

als Partner der Industrie im Bereich der

Angewandten Forschung und stellt

Industrieunternehmen ihr Know-How in

gemeinsamen Projekten zur Verfgung.

Zusammenfassend die Vorteile von UV-

LEDs:

Frei konfigurierbare Strahlerdesigns whlbare Wellenlngen fr hhere

Desinfektionswirkung

Keine Aufheizphasen Gute berwachbarkeit und Fernwartung Hohe Lebensdauer Sehr hohe mechanische Stabilitt,

vibrationsfest

Quecksilberfrei

Applikationen

Desinfektion medizinischer Gerte Desinfektion von Flssigkeiten im

klinischen Bereich

Oberflchendesinfektion Luftdesinfektion

2

Documents

MOMO: INTEGRIERTES WASSER- RESSOURCENMANAGEMENT … MOMO: INTEGRIERTES WASSER-RESSOURCENMANAGEMENT IN ZENTRALASIEN Aufgabenstellung 1. Die Mongolei ist ein Land der Extreme: Temperaturschwankungen