Bronkhorst

Massendurchfluss in der Trinkwasseraufbereitung

30. April 2019 James Walton
Genauigkeit

Der englische Wasserwerksbetreiber Anglian Water Services reinigt Wasser nach höchstem Standard, liefert es an Millionen von Haushalten und überwacht es sorgfältig. Anglian Water Services stellt damit sicher, dass das Wasser in dieser Region Großbritanniens nicht zur Mangelware wird. Der Trinkwasserversorger hat ein Projekt zur Optimierung und weiteren Kontrolle bei der Dosierung von Phosphaten (als Korrosionsinhibitor) in der öffentlichen Wasserversorgung ins Leben gerufen.

Die Funktion von Orthophosphorsäure im öffentlichen Trinkwassernetz

Betreiber von Trinkwassernetzen fügen dem Trinkwasser häufig Phosphate als Korrosionsinhibitor hinzu, um das Auslaugen von Blei und Kupfer aus Rohren und Armaturen zu verhindern. Anorganische Phosphate (z.B. Phosphorsäure, Zinkphosphat und Natriumphosphat) werden dem Wasser zugesetzt, um Orthophosphat zu bilden. Anorganische Phosphate sind in der Regel extrem schlecht löslich und bilden so eine Schutzschicht aus unlöslichem mineralischem Material auf der Innenseite von Versorgungsleitungen und Hausinstallationen. Die Beschichtung dient als Auskleidung, die verhindert, dass sich durch Korrosion entstandene Ionen im Trinkwasser auflösen. Infolgedessen bleiben die Blei- und Kupferwerte im Wasser niedrig und entsprechen den Normen zum Schutz der öffentlichen Gesundheit.

Orthophosphorsäure Dosiersystem
Originaler Prozess

Wie lief der bisherige Prozess?

In the original process a down-steam analyser was in-place to measure the concentration of orthophosphoric acid in the main flow. The measurement results were checked against the required concentration and used to adjust the pump speed and therefore the level of orthophosphoric acid in the main flow. With this process Anglian Water Services can secure copper and lead concentration levels in the water acceptable to protect the public health. Nevertheless the process had room for improvement, which will be discussed in this blog.

Neues Orthophosphorsäure Dosiersystem
Neues Dosiersystem

​Welche Einschränkungen ergeben sich aus der bisherigen Methode?

Der reaktive Rückkopplungsmechanismus zur Dosierung von Phosphaten war keine sehr gute Methode. Wir konnten nicht schnell genug auf den sich ändernden Hauptstrom reagieren, um die Dosis proportional zu reduzieren oder zu erhöhen. Es musste sichergestellt werden, dass auf ein Niveau dosiert wurde, das den gesetzlichen Anforderungen entspricht, unter Annahme des maximalen Durchflusses. Dazu kommt, dass eine Redundanz des Analysators erforderlich war. Damit wurde sichergestellt, dass es keine Unterbrechung bei der Messung des Orthophosphorsäuregehalts gibt. Hierdurch ergaben sich natürlich auch Mehrkosten.

Zielsetzung des Projektes

  • Reduzierung des Phosphatgehaltes.
  • Reduzierung der Kosten für die Einhaltung gesetzlicher Umweltstandards für das Unternehmen. 
  • Entfernung des Down-Stream-Analysators und der entsprechenden redundanten Systeme.


Um diese Ziele zu erreichen wurden zwei verschiedene Sensortechnologien evaluiert; Differenzdruck- und Coriolis-Technologie. 

Das Differenzdruckmessgerät war das kostengünstigste und erlaubte es uns, den Orthophosphorsäuredurchfluss als Volumen zu messen, es benötigt einen analogen Signaleingang, um die Dosis proportional zum Hauptstrom anzupassen.
 Der Coriolis-Massendurchflussmesser verwendet eine direkte Massendurchflussmessung, die für diese Anwendung dem Volumenstrom vorzuziehen ist, weil sie genauer und wiederholbarer ist. Der Nachteil ist, dass es teurer ist. Auch hier kann ein analoger Signaleingang eingesetzt werden, um die Dosis proportional zum Hauptstrom anzupassen. 

Die Entscheidung sollte aufGrundlage des Return on Investment erfolgen, also der Zeit, die benötigt wird, um ausreichende Einsparungen zu erzielen. Beim der Vorführung des Coriolis-Massendurchflussmessers zeigte sich aber ein entscheidender Vorteil, denn das Instrument lieferte auch die die Dichte der gemessenden Flüssigkeit als Ausgangssignal. 
 

Warum ist das wichtig?

Handelsübliche Phosphorsäure hat eine Konzentration von etwa 80%, am Einsatzort haben sich allerdings Varianzen der tatsächlichen Konzentration gezeigt..

Zu diesem Zeitpunkt wussten wir bereits, dass entweder die Differenzdruck- oder die Coriolis-Technologie dabei helfen könnte, den Prozess der Dosierung und natürlich auch der Aufzeichnung der damit verbundenen Daten zu verbessern. Jetzt hatten wir die Möglichkeit, den nächsten Schritt zu gehen und einen bisher nicht verfügbaren, aber sehr wichtigen Parameter zusätzlich zu integrieren und damit das Dosisverhältnis deutlich zu verfeinern.

Der zusätzliche Dichteparameter, der mit dem Coriolis-Massendurchflussmesser verfügbar ist, ist hier entscheidend. Die Dosierung kann nun proportional zum Hauptstrom und zur Dichte/Qualität der verwendeten Phosphorsäure gesteuert werden.

​Welche Vorteilekönnen wir mit dem Einsatz von Massedurchflussmessgeräten erreichen?

Bei den ersten fünf Installationen dieser Technologie in Betrieb wollten wir Folgendes erreichen:

  1. Stabile Konzentration der Orthophosphorsäure im öffentlichen Wassersystem.
  2. Einhaltung der Verpflichtungen der Wasserwirtschaft im Bereich der öffentlichen Gesundheit.
  3. Verringerung der Zugabe von Phosphorsäure in die Umwelt um ein erhebliches Maß. 
  4. Doppelte Kostensenkung: durch den Wegfall der nachgeschalteten Analysatoren und den Verbrauch von Phosphorsäure.

Bei Anglian Water Services wird die „Love Every Drop“-Idee gelebt. „Love Every Drop“ ist eine Vision dafür, wie Anglian Water Services glaubt, dass ein modernes Versorgungsunternehmen geführt werden sollte. Diese Vision bedeutet, ein Land mit einem widerstandsfähigen Umfeld zu schaffen, das nachhaltiges Wachstum ermöglicht und den Druck des Klimawandels bewältigen kann. Schaffung einer Infrastruktur, die bezahlbar und zuverlässig ist und den Bedürfnissen von Kunden, Gemeinden und der Umwelt entspricht. Anglian Water Services möchte, dass unsere Mitarbeiter und unsere Gemeinschaften auch widerstandsfähig sind. Phosphorsäure ist mit dem Konzept der planetaren Grenzen nach Rockström et al. 2009 verbunden. Anglian Water Services konnte so den Verbrauch von Phosphorsäure in ihren Prozessen reduzieren, ohne die Qualität des Wassers zu beeinträchtigen. Dies passt zu der Art und Weise, wie sie ihr Geschäft führen.
 

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