Das Eindringen von Regenwasser und das Versickern von Grundwasser in die Kanalisation ist eine ständige betriebliche Herausforderung, aber ein Wasserversorgungsunternehmen in Norwegen gewinnt mit einem innovativen digitalen Ansatz ein besseres Verständnis seines Netzes, berichtet Marco Westergren, Leiter der Abteilung Analytik bei InfoTiles.
Das Einfließen und Versickern von Regen- und Grundwasser in die Kanalisation kann den Wasserversorgern erhebliche Kosten für das Abpumpen, Aufbereiten und Ableiten von überschüssigem Wasser verursachen. In Norwegen wird das digitale Wasser- und Abwassermanagementsystem InfoTilesvon einer Gemeinde für die Erkennung von I&I-Wasser und die Echtzeitüberwachung von Fremdwasser in den Kanalisationsnetzen eingesetzt und hat bereits zu einer Verringerung der Betriebsausfälle geführt.
Mithilfe der in das System integrierten Technologien für das Internet der Dinge (IoT) und maschinelles Lernen sowie bereits vorhandener Echtzeitdaten aus ihren SCADA-Systemen entdeckten die Betreiber, dass Pumpen jährlich 5 Mio. m3 Abwasser durch ihre Systeme drückten, von denen mindestens 1 Mio. m3 I&I-Wasser waren. Die zusätzlichen Betriebskosten des Versorgungsunternehmens für die Verarbeitung dieses Fremdabwassers beliefen sich auf bis zu 2 Mio. EUR, wobei die Energiekosten für den Transport des Wassers zur Kläranlage noch nicht eingerechnet sind.
Systemüberlastung in kommunalen Wassersystemen
Bei vielen Versorgungsunternehmen und Gemeinden machen Zufluss und Versickerung im Durchschnitt 20 bis 50 Prozent des jährlichen Abflusses in der Kanalisation aus. Während der Schneeschmelze und in nassen Herbstmonaten erreicht dieser Wert in Norwegen jedoch regelmäßig 80 bis 90 Prozent.
Als Zufluss wird Regenwasser bezeichnet, das durch Defekte wie Löcher, Risse, defekte Verbindungen und unterbrochene Anschlüsse in die Abwasserrohre fließt. Infiltration liegt vor, wenn Grundwasser durch Defekte in den Rohren in das Abwassernetz eindringt und die Strömung verstärkt.
Es ist allgemein anerkannt, dass der größte Teil der I&I durch veraltete Infrastrukturen verursacht wird, die gewartet oder ausgetauscht werden müssen, aber ein Teil wird auch durch fehlerhafte Anschlüsse verursacht, z. B. durch die Entwässerung von Gebäuden und Dächern, die an die falschen Rohre angeschlossen sind. Wenn dieses Wasser in das Abwassernetz eindringt, kann es zu einer Überlastung des Systems führen, was besonders bei starken Regenfällen oder Sturmereignissen ein Risiko darstellt.
Im schlimmsten Fall kann es zur Einleitung von unbehandeltem Abwasser in die Umwelt und zur Verschmutzung von Flüssen und Meeren kommen. Außerdem erhöht sich das Risiko einer Kreuzkontamination des Trinkwassers, wenn verschmutztes Wasser aus der Umwelt durch Defekte in saubere Wasserleitungen gelangt.
Die zunehmende Häufigkeit und Intensität von Regenfällen als Folge des Klimawandels verschärft das Problem, macht das Abwassernetz immer anfälliger für Störungen und stellt ein größeres Risiko für die Umwelt dar. Darüber hinaus verschlechtert sich die Integrität der Rohrleitungen im Laufe der Zeit, wenn sie nicht behandelt werden, und das Volumen des eindringenden Wassers, das behandelt werden muss, steigt.
Wetteranalyse und ihr Einfluss
Die Herausforderung für InfoTiles mit Hauptsitz in Stavanger, Norwegen, und seinen Partner aus der Versorgungswirtschaft bestand darin, festzustellen, wann und wo I&I auftraten, und eine angemessene Reaktion zu finden. Die Plattform InfoTiles nutzt SCADA-Kontrollsystemdaten zusammen mit meteorologischen Daten, um das Trocken- und Nasswetterverhalten von Abwassernetzen zu analysieren. Anhand von Informationen aus Pumpstationen in Echtzeit berechnet das Modell das gesamte und das übermäßig transportierte Volumen und ermöglicht es den Betreibern, nicht nur wetterbedingte Trends zu erkennen, sondern auch die daraus resultierenden Kosten sowohl für die Behandlung als auch für den Stromverbrauch.
Sobald die Problembereiche identifiziert sind, kann der Suchbereich mit kompakten IoT-Geräten innerhalb derselben Plattform eingegrenzt werden. Einige Pumpstationen haben mehrere Eingänge oder lange vorgelagerte Rohrleitungsnetze. Durch die selektive Messung verschiedener Zweige ist es möglich, genau festzustellen, wo das Wasser eindringt oder Bereiche auszuschließen, die nicht das Problem sind.
Sensorgeräte, die an kritischen Punkten des Netzes angebracht sind, können zusätzliche meteorologische Daten wie Niederschlag, problematische Schwellenwerte der Regenmenge oder jahreszeitlich bedingte Empfindlichkeiten erfassen. Diese Daten fließen in ein zentrales Dashboard ein, und diese detaillierten Messungen können dann von Wassermanagern und Betreibern analysiert werden.
Herausfordernde Investitionsentscheidungen
Bei dem norwegischen Partner InfoTilesfand die Software heraus, dass etwa 50 % der I&I von nur vier der 27 Pumpstationen bewältigt wurden, was es den Wartungsteams ermöglichte, weitere Daten zu sammeln und Prioritäten für Wartung und Reparaturen zu setzen.
Die Analyse ergab, dass eine Reihe von Pumpen ständig mit Schmutzwasser überlastet waren - selbst bei trockenem Wetter. Es wurde festgestellt, dass flussaufwärts gelegene Rohre in der Nähe des Flussufers in wassergesättigtem Boden verlegt waren. Das Abwassernetz nahm unnötigerweise überschüssiges Grundwasser auf, das dann transportiert, behandelt und wieder in den Fluss geleitet wurde.
Die vier ermittelten Pumpstationen waren aufgrund der bestehenden Belastung bereits für eine Modernisierung ausgewählt worden, doch mit den Erkenntnissen, die mit der Software InfoTiles' gewonnen wurden, konnte diese Entscheidung in Frage gestellt werden. Es wurde beschlossen, dass eine bessere Investition darin bestehen würde, die Integrität des vorgelagerten Abwassernetzes zu verbessern.
Da es keine detaillierten Nachweise darüber gibt, wo und wann die I&I auftreten, entscheiden sich viele Versorgungsunternehmen dafür, die Investitionen in die Kapazität des Abwassertransports und der Abwasserbehandlung zu erhöhen, um eine Überlastung der Systeme zu vermeiden. Dies kann zwar das Risiko von Verschmutzungsereignissen mindern, erhöht aber auch die Kosten für die Kunden und löst nicht das eigentliche Problem.
Senkung der Energie- und Kohlenstoffkosten
Energie ist ein wesentlicher Bestandteil der zusätzlichen Behandlungs- und Transportkosten, die bei der Behandlung von I&I anfallen. Daher stellt die Senkung des Energieverbrauchs auch eine potenzielle Einsparung bei den Betriebsausgaben dar.
Die Energiekosten des norwegischen Versorgungsunternehmens erreichten 2022 ein Rekordhoch von 0,7 €/kWh, ein dramatischer Anstieg gegenüber dem Vorjahr, der auf die europaweite Energiekrise zurückzuführen ist und mit anderen Preissteigerungen, u. a. für Chemikalien zur Abwasserbehandlung, einhergeht. Ausgehend von einem durchschnittlichen I&I-Wert von 1 Mio. m3 Wasser bedeutet dies, dass das Unternehmen mit zusätzlichen Betriebskosten von mindestens 2 Mio. EUR, 165 000 kWh übermäßigem Stromverbrauch und 4,1 Tonnen übermäßigen Kohlenstoffemissionen konfrontiert war.
Ein zusätzlicher Energieverbrauch bedeutet auch einen höheren Kohlenstoff-Fußabdruck, so dass die genaue Identifizierung und Beseitigung von I&I den Versorgungsunternehmen helfen kann, ihre Kohlenstoffverpflichtungen zu erfüllen, einschließlich der Netto-Null-Ziele.
Gezielte Investitionen
Durch den Einsatz derdigitalen Wassersoftware InfoTiles sind dem Versorgungsunternehmen die genaue Lage, die Kosten, die Einsparungen und die Lösungen für I&I klarer geworden. Besser informierte Investitions- und Betriebsentscheidungen können getroffen werden, um die anfälligsten Teile der Abwasserinfrastruktur und -prozesse zu verbessern.
Ohne eine genaue I&I-Überwachung tätigen Versorgungsunternehmen möglicherweise fehlgeleitete Investitionen, einschließlich der Aufrüstung von Pumpen, des Austauschs von Rohrleitungen und der Aufrüstung von Aufbereitungsanlagen. Dies kann zu immer höheren Betriebsausgaben für Energie und Wartung führen, da weiterhin überschüssiges Wasser in das Netz gelangt und behandelt wird.
"Durch die enge Zusammenarbeit mit dem norwegischen Versorgungsunternehmen, um dessen I&I-Herausforderungen zu verstehen und zu bewältigen, hat InfoTiles bewährte Verfahren in diesem anspruchsvollen Bereich demonstriert. Wir sind bestrebt, diese Entwicklungen weithin zu verbreiten, damit andere Organisationen die Vorteile der digitalen Transformation für kritische Abläufe besser verstehen können.
Mit digitaler Softwaretechnologie wie InfoTiles können Wasserversorger nahezu in Echtzeit Daten über I&I erhalten und diese nutzen, um Berechnungen und fundierte Entscheidungen zu treffen. Für die Versorgungsunternehmen, die den digitalen Wandel vorantreiben, stellt die Überwachung und das Verständnis von I&I eine bedeutende Chance dar, die Gesamtausgaben zu senken, die Umwelt zu schützen und den Kunden und Gemeinden einen besseren Service zu bieten."
Magne Eide, Betriebsleiter, InfoTiles.