Wasserwirtschaft für Oberflächengewässer

Kleinkläranlagen stellen für Mess- und Regeltechniker häufig eine große Herausforderung dar. In einer Kläranlage in Fowey im Südwesten Englands wurde jetzt innerhalb einer Partnerschaft zwischen einem Wasserversorger, einem Bauunternehmen, einem Messgerätehersteller und einem Inspektionsunternehmen eine konforme Durchflussmesseinrichtung installiert.

Die Durchflussmessung in der Kläranlage von Fowey musste im Rahmen eines Instandhaltungsprogramms ersetzt werden, was sich aufgrund der beengten Verhältnisse am Standort als anspruchsvoll herausstellte. Daher wurden innovativere Lösungen als Alternative zu einem gleichwertigen Ersatz in Erwägung gezogen.

Die Ingenieure von Tecker, einem MEICA-Auftragnehmer von South West Water, prüften daher die verfügbaren Optionen. „Das Gerinne liegt zwischen zwei Belebungsgräben und es gab nicht genügend Platz, um das Gerinne zu erweitern oder umzuleiten“, erklärt Tecker-Projektingenieur Ben Finney. „Wir zogen daher eine Reparatur oder einen Austausch des Gerinnes in Betracht, aber als Alternative wurde vorgeschlagen, uns mit NIVUS in Verbindung zu setzen. Es galt herauszufinden, ob deren Kreuzkorrelations-Durchflussmessung in der Lage ist, genaue Durchflussmessungen ohne die mit Bauvorhaben verbundenen Kosten und Probleme zu liefern.“

Eine genaue Messung des Abwasserdurchflusses ermöglicht es den Betreibern von Kläranlagen, effizient zu arbeiten, die Abwasserbehandlung zu optimieren, Kosten zu minimieren und die Umwelt zu schützen. Aus diesem Grund stellt die Britische Umweltbehörde ‚Environment Agency‘ mit MCERTS strenge Leistungsanforderungen an Einrichtungen und Strukturen zur Durchflussüberwachung in Britischen Kläranlagen. Der MCERTS-Leistungsstandard legt die Mindestanforderungen für die Selbstüberwachung von Durchflüssen fest.

Der MCERTS-Standard findet Anwendung, wenn ein Standort über eine Genehmigung gemäß den ‚Environmental Permitting Regulations‘ (EPR) verfügt, die Prozessbetreiber verpflichtet, den Flüssigkeitsdurchfluss von Abwässern oder gewerblichen Abwässern zu überwachen und die Ergebnisse zu sammeln und aufzuzeichnen. MCERTS legt die Mindestanforderungen für die Selbstüberwachung des Durchflusses fest. Dies gilt für alle Betreiber, die Messgeräte installiert haben, um die Genehmigungsanforderungen der Umweltbehörde zu erfüllen. In den Genehmi-gungen von ‚Natural Resources Wales‘ kann auch festgelegt werden, dass Systeme zur Durchflussüberwachung nach MCERTS zertifiziert sind.

Geregelte Durchflussmesssysteme und -bauwerke werden in der Regel jährlich inspiziert, wobei die Gründe für die Nichteinhaltung der Anforderungen vielfältig sein können. Dazu zählen beispielsweise Alterung und erodierte Kanäle oder der Umstand, dass die erforderliche Genauigkeit wegen sich ändernder Durchflussmengen nicht mehr gegeben ist. So kann beispielsweise ein Bevölkerungsanstieg in Verbindung mit zunehmender Niederschlagsinten-sität auf Grund des Klimawandels dazu führen, dass Durchflussmessanlagen „überlaufen“.

Auf Anfrage von Tecker besuchten Ingenieure von NIVUS die Baustelle und spezifizierten die Anforderungen an die Gerätetechnik basierend auf dem NIVUS-Messumformer NF750, einem Kreuzkorrelations-Geschwindigkeitssensor in Kombination mit einer Ultraschall-Füllstands-messung. „Der Bekanntheitsgrad dieser Technologie hat in den letzten Jahren enorm zugenommen“, sagt Rob Rhyder von NIVUS. „Das liegt häufig daran, dass der Durchflussmesser schnell und einfach in beschädigten oder veralteten Kanälen nachgerüstet werden kann, ohne dass größere Investitionen notwendig sind.“

Ben Finney erläutert die Vorteile dieser Lösung: „Der Kreuzkorrelations-Durchflussmesser wurde innerhalb eines Monats nach der Bestellung geliefert und die Installation dauerte weniger als eine Woche. Im Gegensatz dazu hätte die Reparatur oder der Austausch des Gerinnes sehr viel mehr Zeit für Organisation und Durchführung in Anspruch genommen; es hätte sehr viel mehr gekostet; der normale Betrieb der Anlage wäre beeinträchtigt worden und es hätte keine Garantie für die Einhaltung der MCERTS-Vorschriften gegeben. Wir waren daher froh, dass die NIVUS-Lösung so schnell umgesetzt werden konnte und die MCERTS-Inspektion bestanden hat.”

NIVUS hat ein einzigartiges Ultraschall-Kreuzkorrelationsverfahren entwickelt, bei dem die Einzelgeschwindigkeiten kontinuierlich auf verschiedenen Ebenen innerhalb des Strömungs-abschnitts gemessen werden. Diese Technik zur Messung der Flächengeschwindigkeit liefert ein dreidimensionales Strömungsprofil, das in Echtzeit berechnet wird, um reproduzierbare und überprüfbare Durchflussmesswerte zu erhalten.

Das Verfahren zur Fließgeschwindigkeitsmessung basiert auf dem Prinzip der Ultraschall-reflexion. Reflektoren wie Partikel, Mineralien oder Gasblasen im Abwasser werden mit einem Ultraschallimpuls unter einem bestimmten Winkel abgetastet. Die entstehenden Echos werden als Bilder oder Echomuster gespeichert und einige Millisekunden später wird ein zweiter Scan durchgeführt. Die resultierenden Echomuster werden gespeichert und durch Korrelation bzw. Vergleich der gespeicherten Signale können die Positionen eindeutig identifizierbarer Reflekto-ren ermittelt werden. Die Reflektoren können an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Bilder identifiziert werden, da sie sich mit dem Wasser bewegt haben.

Durch die Einbeziehung des Abstrahlwinkels ist es möglich, die Partikelgeschwindigkeit und damit die Fließgeschwindigkeit des Abwassers aus der zeitlichen Verschiebung der Reflektoren zu berechnen.  Diese Technologie liefert hochgenaue Messwerte, ohne dass zusätzliche Kali-brierungsmessungen durchgeführt werden müssen.

Die Technik ist für den Betrieb in Kanälen oder Rohren ausgelegt und kann auch in den an-spruchsvollsten, stark verschmutzten Applikationen effektiv eingesetzt werden. Beeinflussende Faktoren wie Gerinneform, Abflussverhalten und Wandrauigkeit werden bei der Strömungsbe-rechnung berücksichtigt.

Mit der NIVUS Kreuzkorrelationstechnik können Fließgeschwindigkeitsmessungen bis zu einer Tiefe von 3 cm durchgeführt werden. Bei größeren Strömungen werden zusätzliche Geschwin-digkeitssensoren (maximal 9) eingesetzt, die Fließgeschwindigkeiten in bis zu 4 m Tiefe messen. Durch diese Flexibilität ist die Technologie für eine Vielzahl von Strömungsstrukturen einsetzbar.

Der Zulaufkanal in Fowey ist 300 mm breit, so dass nur ein einziger Keilsensor erforderlich war. NIVUS lieferte eine maßgeschneiderte Halterung, daher konnte der Sensor unter allen Prozess-bedingungen schnell eingesetzt werden.

Nach der Installation des NIVUS NF750 Messumformers wurde die Durchflussmessung getestet und bestand die MCERTS-Prüfung, ohne dass die Aufbereitungsprozesse der Kläranlage beeinträchtigt wurden. Mit Blick auf die Zukunft sagt Ben Finney: „Es ist sehr wahrscheinlich, dass wir Flächengeschwindigkeits-Durchflussmessgeräte in weiteren Applikationen einsetzen werden. Sie sind flexibel genug sind, um sich an eine Vielzahl hydraulischer Systeme anpassen zu können. Neben geringeren Kosten und kürzeren Installationszeiten ist einer der wichtigsten Vorteile, dass laufende Prozesse nur minimal beeinträchtigt werden.” Finney unterstreicht die Bedeutung eines partnerschaftlichen Ansatzes und fügt hinzu: „Natürlich wollten wir sicherstel-len, dass die Anlage die MCERTS-Zulassung erhält. Daher war es sehr von Vorteil, von Anfang an die Ansichten aller Beteiligten einschließlich des MCERTS-Inspektors zu berücksichtigen.“

Dave Curtis, MEICA-Spezialist bei South West Water, sagt: „Höhere Anforderungen der Auf-sichtsbehörde in Verbindung mit schwierigen Prozessszenarien bedeuten, dass es notwendig ist, alternative Systeme in Betracht zu ziehen. Die NIVUS-Technologie wird von South West Water schon seit einiger Zeit anerkannt und steht auf der Liste zugelassener Geräte. Die Technik ist ein wertvolles Werkzeug in unserem Arsenal, wenn die Anwendung für andere geschlossene Rohrleitungen oder berührungslose Methoden nicht geeignet ist.”