DE102008054727A1

DE102008054727A1 - Wasseraufbereitungsanlage sowie Verfahren und Computerprogramm zum Betreiben einer Wasseraufbereitungsanlage

Info

Publication number: DE102008054727A1
Application number: DE102008054727A
Authority: DE
Inventors: Andreas Mattern
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-17
Also published as: CN102245516A; WO2010069641A1; US20120193299A1; EP2379453A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasseraufbereitungsanlage (10) mit einem zwischen einer Wasserzuleitung (13) für Rohwasser und einer Wasserableitung (14) für gereinigtes Wasser angeodneten Filterelement (11), mit einer Pumpeinrichtung (15) zum Durchpumpen, insbesondere drücken und/oder saugen, des Wassers durch das Filterelement (11), mit wenigstens einer Reinigungseinrichtung (20) für das Filterelement (11), mit Sensoren (30, 32, 33) zur Erfassung von Wassereigenschaften und mit einer mit den Sensoren (30, 32, 33) verbundenen Steuereinrichtung (25) zum Ansteuern der wenigstens einen Reinigungseinrichtung (20). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung (25) ein Computerprogramm (40) zur adaptiven Ansteuerung der wenigstens einen Reinigungseinrichtung (20) bzw. einer adaptiven Änderung des Volumenstroms der Pumpeinrichtung (15) umfasst. Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Wasseraufbereitungsanlage (10) sowie ein Computerprogramm (40).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Wasseraufbereitungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Wasseraufbereitungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 sowie ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8.
Eine derartige bekannte Wasseraufbereitungsanlage dient sowohl zur Trink- als auch zur Prozesswasseraufbereitung. Dabei sind zum einen konventionelle Verfahren zum Aufbereiten des Wassers mittels z. B. Sand- oder Aktivkohlefilter, als auch Anlagen unter Verwendung von Membranfiltern bekannt. Der Hauptvorteil von membranbasierten Aufbereitungsanlagen ist darin zu sehen, dass diese z. B. für Bakterien eine absolute, d. h. undurchdringbare Barriere darstellen, solange die Membran intakt ist. Diese Sicherheit sowie einige weitere Aspekte ermöglichen eine starke Automatisierung der Anlage, so dass kein Bedienpersonal vorhanden sein muß. Dies ermöglicht den wirtschaftlichen Einsatz kleinerer, dezentraler Wasseraufbereitungsanlagen. Diese Anlagen werden zunehmend als standardisierte Lösungen konzipiert, die über modulare Bauweise an Anforderungen wie z. B. die erforderliche Durchflussmenge angepasst werden können.
Schmutzpartikel in den Wasseraufbereitungsanlagen werden kontinuierlich abgelagert und müssen regelmäßig, z. B. durch Rückspülen entfernt werden. Je nach Wasserzusammensetzung kommt es in Abhängigkeit von Betriebsparametern wie beispielsweise Durchflussrate, pH-Wert, Flockungsadditiven sowie Wasserinhaltsstoffe auch zu starken Ablagerungen, so genanntem Fouling, die sich durch einfaches Rückspülen oder Überströmen nicht entfernen lassen. Zur Entfernung des Foulings wird eine chemisch unterstützte Reinigung benötigt, typischerweise mit Säuren, Basen oder mit oxida tiv/chlor basierenden Substanzen.
Als nachteilig bei den standardisierten Wasseraufbereitungsanlagen wird angesehen, dass diese nicht optimal an Schwankungen wie zum Beispiel der Rohwasser zusammensetzung infolge beispielsweise starker Regenfälle angepasst sind. Dies rührt daher, dass aufgrund der benötigten Prozesssicherheit zum Beispiel bezüglich der Reinigungsintervalle feste, periodische Intervalle vorgegeben sind oder diese an einen bestimmten Differenzdruck an der Membran gekoppelt sind. Daher sind die Betriebskosten bei den bekannten Anlagen zulasten der Betriebssicherheit nicht optimiert.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Wasseraufbereitungsanlage derart weiterzubilden, dass diese ihre Betriebsparameter der aktuellen Wasserzusammensetzung anpasst und somit einen optimierten Betrieb ermöglicht. Dieser optimierte Betrieb führt insbesondere zu einer Reduzierung der Betriebskosten. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Wasseraufbereitungsanlage und ein dafür vorgesehenes Computerprogramm anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einer Wasseraufbereitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und hinsichtlich des Computerprogramms mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Als besonders vorteilhaft ist es anzusehen, die von den einzelnen Sensoren erfassten Messwerte der Betriebsparameter in einer Speichereinrichtung zu speichern. Diese können dann im Computerprogramm derart verarbeitet werden, dass der zeitliche Verlauf der Messwerte bei der Ansteuerung der Reinigungseinrichtung und/oder der Pumpeinrichtung berücksichtigt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, eine Bedieneinheit vorzusehen, über die Daten einzelner Betriebsparameter eingegeben oder angewählt werden können. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Flexibilität hinsichtlich sich ändernder Randbedingungen bzw. die Möglichkeit, die Wasseraufbereitungsanlage bezüglich verschiedener Betriebsparameter zu optimieren.
Hierzu ist es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, sowohl Energie- als auch Stoffverbrauch von Komponenten der Wasseraufbereitungsanlage sensorisch zu erfassen, wodurch sich die Flexibilität der Wasseraufbereitungsanlage zur Optimierung einzelner Betriebsparameter weiter erhöht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen
1 eine schematische Darstellung einer Wasseraufbereitungsanlage.
In 1 ist eine Wasseraufbereitungsanlage 10 dargestellt. Die Wasseraufbereitungsanlage 10 weist ein Filterelement 11 auf. Das Filterelement 11 ist vorzugsweise als Membranfilterelement, insbesondere als ein Hohlfasermembranelement mit Poren entsprechend Ultra- und Mikrofiltration ausgebildet. Das Filterelement 11 ist zwischen einer Zuleitung 13 für das Rohwasser und einer Ableitung 14 für das vom Filterelement 11 gereinigte Wasser geschaltet. In der Zuleitung 13 ist eine Pumpeinrichtung 15 für das Wasser angeordnet, deren Leistung und somit Durchflussmenge regelbar ist. Anstelle einer regelbaren Pumpeinrichtung 15 ist es auch denkbar, den Volumenstrom über ein Drosselventil zu regeln. Auch ist es selbstverständlich möglich, die Pumpeinrichtung 15 alternativ in der Ableitung 14 anzuordnen und das Wasser durch das Filterelement 11 zu saugen. Alternativ ist es möglich eine gemeinsame Leitung als Zu-/Ableitung, bevorzugt mit entsprechendem Ventil, vorzusehen.
Über eine Leitung 16 ist das Filterelement 11 mit einer Reinigungs- bzw. Spüleinrichtung 20 gekoppelt. Anstelle einer einzigen Reinigungs- bzw. Spüleinrichtung 20 können selbstverständlich je nach Anforderung/Technologie mehrere unterschiedliche Reinigungs- bzw. Spüleinrichtungen mit dem Filterelement 11 verbunden sein, die beispielsweise separate Behälter oder Zuleitungen für Reinigungs- bzw. Spülsubstanzen umfassen. Zuletzt ist eine vom Filterelement 11 ausgehende Ableitung 21 vorgesehen, über die Rückstände bzw. Rückspülwasser abgeführt werden kann.
Die Wasseraufbereitungsanlage 10 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 25, die insbesondere auch der Ansteuerung der Reinigungs- bzw. Spüleinrichtung 20 dient. Die Steuereinheit 25 ist über eine Steuerleitung 26 mit einer Bedieneinheit 27 gekoppelt, über die relevante Daten für Betriebsdaten eingegeben und/oder zu optimierende, später noch näher erläuterte Betriebsparameter angewählt werden können. Die Steuereinheit 25 kann weiterhin auf an sich bekannte Art und Weise über eine Datenleitung oder über das Internet mit anderen relevanten Stellen verbunden sein.
Die Steuereinheit 25 und die eine bzw. mehreren Reinigungs- bzw. Spüleinrichtungen 20 sind über eine bidirektionale Datenleitung 28 miteinander verbunden. Mittels einer weiteren Steuerleitung 29 steuert die Steuereinheit 25 die Pumpeinrichtung 15 an.
Die soweit beschriebene Wasseraufbereitungsanlage 10 ist zusätzlich mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet. Die Sensoren umfassen beispielhaft und somit nicht abschließend einen Differenzdrucksensor 30, der zwischen der Zuleitung 13 und der Ableitung 14 des Filterelements 11 geschaltet ist, und der über eine Leitung 31 mit der Steuereinheit 25 verbunden ist. Ferner sind ein in der Zuleitung 13 geschalteter Trübungssensor 32 und ein Temperatursensor 33 vorgesehen, die über Leitungen 34, 35 mit der Steuereinheit 25 verbunden sind. Weiterhin ist ein Sensor 37 zur Erfassung der Leistungsaufnahme der Pumpeinrichtung 15 vorgesehen, der über eine Leitung 38 mit der Steuereinheit 25 gekoppelt ist.
Die Steuerung der Wasseraufbereitungsanlage 10 mittels der Steuereinrichtung 25 erfolgt insbesondere anhand der nachfolgend genannten Betriebsparameter: Dem Volumenstrom des Wassers, dem Intervall zwischen Spülungen mittels der bzw. den Reinigungs- bzw. Spüleinrichtungen 20 sowie der Spüldauer und ggf. dem Spüldruck. Beim Vorhandensein chemischer Reinigungssubstanzen ferner dem Zeitintervall zwischen zwei Reinigungen, der Reinigungsdauer, der Reinigungstemperatur, der Reinigungs mittelkonzentration sowie der Art des eingesetzten Reinigungsmittels. Falls zusätzliche Hilfsstoffe wie zum Beispiel Flockungsmittel eingesetzt werden, ist deren Zugabemenge mit dem Volumenstrom bzw. der Konzentration der Verunreinigung gekoppelt.
Soweit oben nicht bereits erwähnt, lassen sich alle relevanten Betriebsparameter zur Steuerung der Wasseraufbereitungsanlage 10 sensorisch erfassen und der Steuereinrichtung 25 jeweils als Eingangsgröße zuführen.
Erfindungsgemäß ist wesentlich, dass in der Steuereinheit 25 ein Computerprogramm 40 vorgesehen ist, das den Betrieb der Wasseraufbereitungsanlage 10 an die Zusammensetzung bzw. die Qualität des Rohwassers adaptiv, das heißt selbständig anpasst und automatisch auf Schwankungen in der Wasserzusammensetzung reagiert. Insbesondere soll die Ansteuerung der Reinigungs- bzw. Spüleinrichtung 20 (die, wie bereits erwähnt, entweder mit Spülwasser bzw. mit zusätzlichen chemischen Substanzen arbeitet), und/oder aber beispielsweise die Durchflussmenge an der Pumpeinrichtung 15 derart optimiert werden, dass insbesondere eine Optimierung der Betriebskosten erreicht wird, d. h. diese insgesamt gesehen ein Minimum erreichen. Hierbei ist anzumerken, dass die Betriebskosten einen mittelbaren Betriebsparameter der Wasseraufbereitungsanlage 10 darstellen, die sich in Abhängigkeit der einzelnen, oben genannten (direkten) Betriebsparameter ergeben.
Hierzu werden die über die verschiedenen Sensoren erfassten Messwerte der Betriebsparameter in der Steuereinheit 25 in einem Messwertspeicher 39 gespeichert bzw. als Eingangsgrößen in einem Algorithmus oder mehreren Algorithmen in dem Computerprogramm 40 verwendet. Hierbei sollen der Algorithmus bzw. die Algorithmen selbständig eigene Betriebsstrategien entwickeln bzw. die oben erwähnten Betriebsparameter in einem als sinnvoll vorgegebenen Fenster variieren, um abhängig von der Wasserzusammensetzung insbesondere das Minimum an Betriebskosten zu erzielen. Diese Betriebsparameter sowie deren relevante Eigenschaften sind mittels der Bedieneinheit 27 vorgegeben und ggf. variier- bzw. anpassbar, so dass die Erfindung nicht nur auf eine Optimierung der Betriebskosten beschränkt sein soll.
Beispielhaft sei erwähnt, dass sich bei einer bestimmten Wasserqualität ein Minimum an Betriebskosten für eine bestimmte Wassermenge zum Beispiel bei einem bestimm ten Spülintervall mit einer bestimmten Spüldauer in Kombination mit einer bestimmten Beigabe von chemischen Reinigungssubstanzen und einer bestimmten Durchflussmenge ergibt. Ändert sich nun die Wasserqualität, so kann sich ein neues Minimum der Betriebskosten bei einer verringerten Durchflussmenge, verlängertem Reinigungsintervall bei gleichzeitig verlängerter Spüldauer und erhöhter Zugabe von Reinigungssubstanzen ergeben. Mittels des Computerprogramms 40 werden dann entsprechend der augenblicklichen Wasserzusammensetzung (unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der Wasserzusammensetzung und des zeitlichen Verlaufs der Betriebsparameter) die Betriebsparameter stets aktualisiert um insgesamt gesehen die Betriebskosten zu minimieren. Als Ergebnis steuert das Computerprogramm 40 über die Steuereinrichtung 25 die Reinigungs- bzw. Spüleinrichtung 20 bzw. die Pumpeinrichtung 15 bedarfsgerecht im Sinne der Minimierung der Betriebskosten an.

Claims

Wasseraufbereitungsanlage, mit einem zwischen einer Wasserzuleitung (13) für Rohwasser und einer Wasserableitung (14) für gereinigtes Wasser angeordneten Filterelement (11), mit einer Pumpeinrichtung (15) zum Durchpumpen, insbesondere drücken und/oder saugen, des Wassers durch das Filterelement (11), mit wenigstens einer Reinigungseinrichtung (20) für das Filterelement (11), mit mindestens einem Sensor (30, 32, 33) zur Erfassung von Wassereigenschaften und mit einer mit dem mindestens einem Sensor (30, 32, 33) verbundenen Steuereinrichtung (25) zum Ansteuern der wenigstens einen Reinigungseinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) ein Computerprogramm (40) zu einer von den mittels des mindestens einen Sensors (30, 32, 33) erfassten Wassereigenschaften abhängigen, sich selbstständig anpassenden Ansteuerung der wenigstens einen Reinigungseinrichtung (20) und/oder zu einer von den mittels des mindestens einen Sensors (30, 32, 33) erfassten Wassereigenschaften abhängigen, sich selbstständig anpassenden Änderung des Volumenstroms der Pumpeinrichtung (15) umfasst.
Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) eine Speichereinrichtung (39) zur Speicherung von Sensordaten aufweist.
Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuereinrichtung (25) gekoppelte Bedieneinheit (27) zur Auswahl von Betriebsparametern sowie zur Eingabe von Daten bzgl. der Betriebsparameter vorhanden ist.
Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement ein Membranfilter (11), insbesondere ein Hohlfaserfilterelement, ist.
Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mit der Steuereinrichtung (25) verbundene Sensoren (37) zur Erfassung des Energieverbrauchs der Pumpeinrichtung (15) bzw. des Energie- und/oder des Stoffverbrauchs anderer Komponenten der Wasseraufbereitungsanlage (10) vorgesehen sind.
Verfahren zum Betreiben einer Wasseraufbereitungsanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) zur Ansteuerung der wenigstens einen Reinigungseinrichtung (20) bzw. zur Regulierung der Durchflussmenge an der Pumpeinrichtung (15) von Sensoren (30, 32, 33, 37) erfasste Messwerte von Betriebsparametern in wenigstens einem Algorithmus verarbeitet, und wobei in Abhängigkeit der aktuell erfassten Messwerte der Sensoren (30, 32, 33, 37) die wenigstens eine Reinigungseinrichtung (20) bzw. die Pumpeinrichtung (15) unter Berücksichtigung der Optimierung eines oder mehrerer direkter oder indirekter Betriebsparameter adaptiv angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der wenigstens einen Reinigungseinrichtung (20) bzw. der Pumpeinrichtung (15) unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der in einer Speichereinrichtung (39) gespeicherten Messwerte der Sensoren (30, 32, 33, 37) erfolgt.
Computerprogramm zum Betreiben einer Steuereinrichtung (25) einer Wasseraufbereitungsanlage (10) gemäß einem Verfahren nach Anspruch 6 oder 7.