Videotechnik für den wirtschaftlichen Betrieb abgelegener Teichkläranlagen

1  Teichkläranlagen in ländlichen Regionen

Der Bau von Teichkläranlagen wurde bis in die 1990er-Jahre stark gefördert: Auch heute sind sie in ländlichen Gebieten noch wichtige Stützen der kommunalen Abwasserwirtschaft. Allerdings hat sich in ländlichen Regionen in den letzten Jahren einiges getan. Es gab tiefgreifende strukturelle Veränderungen, denn viele kleinere Kommunen betreiben ihre Infrastruktur zur Abwasserentsorgung nicht mehr selbst, sondern haben sie an leistungsfähige, größere Betreiber, wie zum Beispiel an unseren Abwasserverband Oberhessen (AVOH) abgegeben. Einer der Gründe für diese Entwicklung ist der verstärkte demographische Wandel in ländlichen Gebieten. Aufgrund sinkender Bevölkerungszahlen sind dort die Anlagen zur Abwasserentsorgung nur noch schwer wirtschaftlich zu betreiben. Wegen der prekären Haushaltslage vieler Kommunen ist auch die Finanzierung notwendiger Modernisierungen häufig nicht mehr zu stemmen.

2  Die Herausforderung im Betrieb

Teichkläranlagen sind aufgrund der überschaubaren Technik und der hohen Prozessstabilität eigentlich ideale Anlagen für den ländlichen Raum in dem ja ausreichend Fläche zur Verfügung steht. Gäbe es da nicht neben den wasserrechtlichen Vorschriften eine große Herausforderung: den Betrieb dieser Anlagen. Insbesondere bei fern voneinander liegenden Anlagen ist der Betrieb aufwendig und personalintensiv. So schreibt die Abwassereigenkontrollverordnung des Landes Hessen (EKVO) für „direkt in Gewässer einleitende Abwasserbehandlungsanlagen mit biologischen Reinigungsstufen“ der Größenklassen 1 und 2 (bis 5000 EW) eine arbeitstägliche Überprüfung vor. Dies betrifft den „Zustand und Funktion der für den Betrieb der Anlage wesentlichen klärtechnischen und messtechnischen Einrichtungen“. Konkret bedeutet dies, dass jede Anlage werktäglich durch Mitarbeiter zu begehen, zu begutachten und das Ergebnis zu protokollieren ist. Selbst dann, wenn über Online Messungen wesentliche Parameter der Anlage bereits kontinuierlich erfasst werden. Im Bereich des AVOH bindet alleine die werktägliche Kontrolle von vier abgelegenen Kläranlagen einen Mitarbeiter und ein Fahrzeug zu großen Teilen. Pro Jahr werden nur für diese vier Anlagen zudem ca. 16 000 km zurückgelegt (und dabei etwa 2,5 Tonnen CO2 ausgestoßen).
3  Virtuelle Begehung per Video

Der AVOH hat daher gemeinsam mit dem Automatisierungsspezialisten narz systems nach einer Lösung gesucht. Dabei sollten die Kosten der Überwachung deutlich gesenkt werden, ohne die Anforderungen der EKVO zu vernachlässigen. Unser Wunsch war es, einen Ersatz der täglichen Begehung durch eine virtuelle Begehung zu finden. Neben der Online-Überwachung diverser Parameter sollte auch eine Überwachung der Teichoberfläche (zum Beispiel Funktionskontrolle der Belüftung) und des Auslaufs (zum Beispiel Kontrolle auf Trübung oder Verfärbungen) mittels hochauflösender Stand- und Bewegtbilder möglich sein. Die Herausforderung dabei war es, den bisherigen Arbeitsablauf und dessen Dokumentation in die Software zu übernehmen. In enger Abstimmung mit der zuständigen Wasserbehörde wurden die wesentlichen Eckpunkte festgelegt, um den Anforderungen der EKVO zu entsprechen:

  • Wenn in einem festgelegten Zeitfenster keine „virtuelle Begehung“ einer Anlage erfolgt ist, wird eine Alarmierung (mit Alarmkaskade) ausgelöst und archiviert.
  • Berechtigte Bediener können mithilfe von Live- und Archivbildern eine Sichtkontrolle der Teichkläranlage durchführen und den Vorgang quittieren und kommentieren (die „virtuelle Begehung“). Bilder, Quittierung und Anmerkungen werden einschließlich Zeitstempel und Bediener unveränderbar archiviert (Abbildung 1).
  • Parallel zur virtuellen Begehung werden alle wesentlichen Anlagenparameter (Durchfluss, Temperatur …) kontinuierlich online erfasst und archiviert. Zusätzlich werden durch das System zu festgelegten Zeitpunkten Serien von Standbildern erfasst und archiviert.
  • Das System verdichtet die so erfassten Daten automatisch zu einem Monats- oder Jahresbericht, der zur Vorlage bei der Wasserbehörde dient.
  • Eine klassische Begehung vor Ort gemäß EKVO findet beim AVOH weiterhin einmal wöchentlich statt, um auch weitere Anlagenkomponenten, die von der virtuellen Begehung nicht abgedeckt werden, zu inspizieren.

Abb. 1: Archiviertes Bild der „virtuellen Begehung“

4  Der Systemaufbau

Bei den Komponenten vor Ort wird auf bewährte Technik gesetzt: Das Herz der Anlage ist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die weltweit in der industriellen Automatisierung eingesetzt wird. Die SPS dient sowohl zur Steuerung der Anlage als auch als Datenlogger für die mit Sensorik erfassten Werte des Teiches (zum Beispiel Temperatur, Durchfluss, pHWert …). Sie löst selbständig Alarme aus, wenn zuvor definierte Grenzwerte überschritten oder Funktionsstörungen (zum Beispiel Gebläse) erkannt werden. Zusätzlich können über Kontakte an Türen oder Schaltschrank Begehungen der Anlage dokumentiert oder bei Sabotage Alarme ausgelöst werden. Wird die SPS über eine Batterie gepuffert, kann auch ein Stromausfall der Anlage qualifiziert gemeldet werden. Als Kamera werden im Sicherheitsbereich sehr verbreitete wetterfeste und weitestgehend auch vandalismusgeschützte IPModelle (Internet-Protokoll) verwendet, die auch unter schwierigen Lichtverhältnissen verlässlich hoch auflösende Bilder zur Begutachtung liefern (Abbildung 2). Teichkläranlagen liegen jedoch häufig nicht im Einzugbereich der DSL-Versorgung (DSL: Digital Subscriber Line), mitunter noch nicht einmal im Bereich verlässlicher Abdeckung durch Mobilfunknetze (GSM/GPRS, UMTS, LTE). In den Anlagen unseres Verbandes wird daher je nach Verfügbarkeit entweder Mobilfunk (UMTS) oder auch Internet über Satellit verwendet, um die anfallenden Daten an die Zentrale zu senden. Unabhängig von der verwendeten Technologie wird die Datenübertragung immer über zertifikatsbasierte starke Verschlüsselung in einem Virtual Private Network (VPN) gesichert, um unerwünschte Eingriffe in die Infrastruktur zu unterbinden und die Integrität der Daten zu gewährleisten.

Abb. 2: Mast mit Kamera, Antenne und Schaltschrank

5 Die Bedienung von „Überall“

Der ausfallsichere Betrieb einer Zentrale zur Archivierung und Auswertung der in den Abwasseraufbereitungsanlagen anfallenden Daten ist aufwendig und erfordert für einen wirtschaftlichen Betrieb eine minimale Größe. Daher hat sich unser Verband frühzeitig für einen Cloud-Service statt Betrieb auf eigenen Servern entschieden. Dies erfordert allerdings einige grundlegende Vorbedingungen:

  • Serverstandort in Deutschland, betrieben von einer Firma unter deutschem Recht
  • jederzeitige Umstiegsmöglichkeit (unter „Mitnahme“ aller historischer Daten) zu einem Betrieb auf eigenen Servern.

Für den Anwender bedeutet dies einen geringen Aufwand, denn die Lösung zur Überwachung von Teichkläranlagen kann auf jedem PC einfach mit dem Internet-Browser genutzt werden. Tablets oder Smartphones sind als mobile Bedienstationen ebenfalls geeignet und ermöglichen so dem Wartungspersonal auch außerhalb des Büros einen unmittelbaren Video-Blick in entfernte Anlagen. Insbesondere wenn ein Alarm vorliegt, ist dies eine große Hilfe, die häufig eine genauere Einschätzung der Lage ermöglicht.

6   Praxiserfahrungen

Nun können wir auf ein Jahr Betriebserfahrung zurückblicken, in dem sich die Lösung im betrieblichen Alltag voll bewährt hat. Für die Mitarbeiter hat sich die tägliche Routinearbeitszeit durch die virtuelle Begehung deutlich reduziert. Dass zudem noch ein Teil des Verwaltungsaufwandes, der zuvor auf Papier erledigt wurde, automatisiert abläuft, ist für die Mitarbeiter ein höchst willkommener Effekt. Auch kommerziell rechnet sich die Investition schon knapp einem Jahr rentiert hat. Regional benachbarte Betreiber haben diesen Umstand ebenfalls erkannt und beginnen nun auch mit der Aufrüstung ihrer Teichkläranlagen mit der „virtuellen Begehung“.

Abb. 3: Blick einer Kamera auf ein Kombibecken

Zusammenfassend hat sich gezeigt, dass die nun wöchentlich durchgeführte Begehung in Verbindung mit der täglichen virtuellen Umgebung ausreicht, um einen sicheren Betrieb der Abwasserreinigungsanlage zu gewährleisten. Mithilfe der Videoüberwachung kann ein verlässliches Bild über die Anlagen gewonnen werden. Nach Abstimmung mit der Wasserrechtsbehörde können wir die Anforderungen der Eigenkontrollverordnung erfüllen.

Zusammen mit der neu eingeführten Datenaufzeichnung aller wesentlichen Anlagenparameter (auf die zuvor wegen der täglichen Begehung verzichtet wurde) ergibt sich eine deutlich dichtere und qualitativ bessere Dokumentation der Anlagen.

Autoren

Kai Mathes

Abwasserverband Oberhessen

Hanauer Straße 9-13, 61169 Friedberg, Deutschland

Tel. +49 (0)6402/51 66-28 88

E-Mail: mathes@ovag.de

Sebastian Narz

narz systems GmbH & Co. KG

Am Bonnerod 1, 36358 Herbstein, Deutschland

Tel. +49 (0)6643/91 833-26

E-Mail: s.narz@narz.net

Quelle: DWA Deutsche Vereinigung für  Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.

in Zusammenarbeit mit dem ÖWAV und dem VSA ;

KA Betriebs-Info, Informationen für das Betriebspersonal von Abwasseranlagen;

Ausgabe 01/2017

www.dwa.de/zeitschriften