Proces automatisering in 1 van de modernste waterleidingbedrijven

Proces automatisering bij waterbedrijf Langenau | Zuiver drinkwater, vers uit de kraan, is voor vele mensen in West-Europa een vanzelfsprekendheid. Maar voordat het zover is, legt het water vaak een lange weg af. Een van de pioniers van zoet water is het waterbedrijf van de watervoorziening in Langenau een van de modernste in Europa. In de installaties, die er al vele tientallen jaren worden gebruikt, dragen Festo aandrijvingen bij tot de stabiele processen.

Weiden, bossen, velden vruchtbare grond zover het oog reikt. Op het eerste gezicht lijkt Baden-Württemberg rijkelijk bedeeld door de natuur. Er is voldoende water beschikbaar, maar niet altijd daar waar het nodig is. In brede stukken land, zoals de Schwäbische Alb, is er gebrek aan grondwater. De karstondergrond is de schuldige. Over een oppervlakte van ongeveer 40 bij 200 kilometer strekt zich het grootste aaneengesloten karstgebied in Duitsland uit.

Het ontstond 200 miljoen jaar geleden op de bodem van de Jura-zee, er vormde zich een gigantisch kalksteenblok tot de huidige ondergrond. Zure neerslag heeft eeuwenlang het kalksteenmassief beïnvloed. Daardoor ontstonden er talloze scheuren, spleten en grotten. Nu sijpelt regenwater daar snel in weg. Het water stroomt ondergronds weg en is daardoor niet meer direct als grondwater beschikbaar. Maar er zijn plaatsen waar het water zich verzamelt en grote grondwaterbekkens vormt. Een van de grootste is de Donauried bij Langenau plant in Langenau.

Tot 4500 liter water per seconde

Het waterverzamelgebied van de Donauried ten noordoosten van Ulm heeft een oppervlakte van 315 km2 en bevat ongeveer een miljard kubieke meter grondwater. Het water laat zich in Donauried in Württemberg relatief gemakkelijk winnen in 204 bronnen vanaf een gemiddelde diepte van acht meter. De daaropvolgende behandeling vindt plaats in het waterbedrijf Langenau, het hart van de plaatselijke watervoorziening.

Als één van de grootste en modernste waterbedrijven in Europa bereikt het drie miljoen mensen. De intercommunale, opgericht in 1912, was de eerste langeafstandswatervoorziening in Duitsland. 250 steden en gemeenten hebben zich aangesloten. Ze ontvangen hun drinkwater via een pijpleidingennetwerk van 775 kilometer. Jaarlijks leveren we ongeveer 95 miljoen kubieke meter drinkwater via dit netwerk. Dit komt overeen met ongeveer 250.000 kubieke meter per dag en op piekmomenten tot 4500 liter per seconde.

Daarnaast wordt ook stromend water uit de Donau gehaald en verwerkt. Het drinkwater stroomt onder een druk van maximaal 12 bar in de sterk vertakte afgelegen watervoorziening met kabeldiameters tot 1,5 meter. Het ondergrondse netwerk heeft aanzienlijk bijgedragen tot de grootschalige industrialisatie van Baden-Württemberg. In “Ländle” is bijna in elke gemeente ten minste één kleine tot middelgrote onderneming gevestigd. Water is hier een duurzame succesfactor.

Proces automatisering – Zuiver en zacht

Zelfs als het grondwater ongeveer 12 jaar nodig heeft voor zijn lange reis van de Schwäbische Alb naar de Donauried en zich daar al in een zeer zuivere staat bevindt, zet de watervoorziening in op een grondige waterbehandeling. Grondwaterfiltratie en decarbonisatie-installaties zorgen voor een duurzame hoge waterkwaliteit. Organische stoffen worden verwijderd en te hoog calciumgehalte wordt verminderd, omdat het grondwater op zijn lange weg door de karstondergrond zwaar ophoopt met kalk en gemiddeld 22 graden Duitse hardheid heeft bij het opvangen. Decarbonisatiereactoren verlagen de waterhardheid tot 12 graden Duitse hardheid om ervoor te zorgen dat te hoge kalkinhoud niet leidt tot ongewenste afzettingsprocessen in waterleidingen, huishoudelijke apparaten en industriële installaties bij het verwarmen van het water.

Zowel bij de decarbonisatie als bij de grondwaterfiltratie zorgen een groot aantal draaien lineaire aandrijvingen van Festo voor een hoge mate van betrouwbaarheid. De watervoorziening hecht hier veel belang aan, want de looptijd van de installaties in Langenau gaat over meerdere decennia.

Voor de waterbehandeling zijn in de proces automatisering duurlopers met lange adem nodig. Pneumatische producten van één enkele bron zoals schakelkasten, slangen en aandrijvingen met accessoires bieden het blijvende voordeel van korte reactietijden en vereenvoudigde bestelprocessen. Hetzelfde geldt voor toekomstige onderhoudswerkzaamheden.

Kalkpellets als industrieel bijproduct

Tot 2016 werd de hardheidsgraad van het grondwater verminderd door een slow-decarbonisatie-installatie (LEC). Sindsdien heeft een nieuwe snelle decarbonisatie-installatie (SEC) de processen versneld. Ook aan boord: automatiseringstechnologie van Festo. Voordeel van de SEC, naast de verhoogde snelheid: terwijl het LEC kalkslib met een restwatergehalte van ongeveer 50 procent afscheidt, produceert de moderne SEC kalkpellets met een watergehalte van slechts 2 procent.

Naast de verhoogde efficiëntie van de installatie, is de conversie ook het gevolg van de veranderde marktsituatie van de kalkafnemende industrieën.

Vroeger gebruikte men kalkslib in grote hoeveelheden voor papierproductie. Echter, door de terugloop van deze industrie in Duitsland, nam de vraag naar dit natuurlijke product af. Aan de andere kant zijn kalkpellets nu populair. Industrieën zoals de glas-, dierenvoeding- en kunststofindustrie gebruiken ze veel. Wanneer de zeven reactoren op maximale capaciteit werken, produceren ze jaarlijks meer dan 10.000 ton kalkpellets.

In de reactor van 10 meter hoog en 4 meter diameter stroomt het harde grondwater omhoog. Vervolgens behandelt men dit met kalkwater als base en voegt men kalkzaadkorrels toe. De kalk uit het grondwater hecht zich aan deze korrels. Zodra de korrels de grootte van pellets bereiken, zinken ze door hun gewicht. Daarna zuigt men ze af.

Het zachte water stijgt naar boven en stroomt weg. Voor het regelen van de in- en uitstroom zijn kleppen verantwoordelijk, die voorzien zijn van pneumatische DAPS-draaiaandrijvingen van Festo. Betrouwbaarheid staat ook voorop bij deze moderne SEC-technologie.

Filterreiniging voor zuiver drinkwater

De grondwaterfiltratie met moderne meerlagige filters is een investering in de toekomst van de watervoorziening. Sinds 2014 worden solide zandlagen en actieve koollagen gebruikt om organische stoffen te verwijderen. Zeven filterbekkens zorgen met hun twee meter dikke filtersubstraat, verspreid over telkens 50 vierkante meter oppervlakte, voor zuiver drinkbaar water, vrij van sedimenten zwevende stoffen.

Van tijd tot tijd moeten de filterbekkens echter worden gereinigd van vuildeeltjes. Dit gebeurt door terugspoelen met vers water en lucht. Hiertoe sluiten in totaal tien nauwe pneumatische afsluiters snel en veilig de grondwatertoevoer via DAPS-draaiaandrijving van Festo met positioner. De uitgeloogde sedimenten worden verwijderd door middel van een slib-waterafscheider. De slibwaterklep stuurt een geregelde lineaire aandrijving van de DFPI van Festo.

In totaal zorgen 77 draaien gestuurde lineaire aandrijvingen van Festo voor betrouwbare processen. Het voordeel van pneumatiek: in geval van een storing, zoals een stroomuitval, keren de kleppen, die uitgerust zijn met DAPS en DFPI, automatisch terug naar hun oorspronkelijke toestand dankzij de stroomloze basispositie. Het filterproces kan worden hervat en er komt geen met sediment beladen water in het toevoersysteem. De decentrale Festo-schakelkasten met CPX / VTSA ventieleilanden, die direct op de meerlagige filterbekkens zijn gemonteerd, zorgen voor een hoge mate van veiligheid. De schakelkasten sturen alle pneumatische armaturen en integreren bijkomende sensoren voor het meten van signalen en eindschakelaars. Vooral afgestemd op de functies van filters en reactoren, is het concept van de ventieleilanden een even flexibele en veilige oplossing voor de hoge technische eisen van het Langenau waterbedrijf.

Proces automatisering op zijn best

Het volledige installatielandschap van het Langenau waterbedrijf beschikt over een hoge graad van proces automatisering. Twee medewerkers kunnen in de centrale controlekamer alle systemen bewaken en besturen, van de winning van water tot een totaal van 400.000 kubieke meter waterreservoirs. Tot 5000 pompen, afsluiters en faciliteiten van de gehele productie, behandeling en distributie van drinkwater leveren ongeveer 3500 meetwaarden. Met zijn ongeveer 300 automatiseringsapparaten is het besturingssysteem één van de grootste en modernste besturingssystemen van Duitse waterbedrijven.

Lees ook:

• Circulatiepomp bepaalt door eisen voedselveiligheid en luchtkwaliteit
• Het juiste handlingsysteem in een mum van tijd
• Praktijkvoorbeelden van proces automatisering met IIoT