Modulares Online-Analyse-System im Wasserwerk: Nitrat-Überwachung schnell und einfach nachgerüstet

Oft ist dabei auch heute noch „Handarbeit“ im Spiel: Proben werden vor Ort an den Brunnen oder im Wasserwerk entnommen und anschließend im Laborbereich untersucht. Modular aufgebaute Online-Analyse-Systeme, die wichtige Parameter automatisiert bestimmen, können hier Optimierungspotenzial erschließen. Sie sind individuell anpassbar und lassen sich auch nachträglich ganz einfach im laufenden Betrieb erweitern, zum Beispiel wenn es notwendig wird den Nitratgehalt im Rohwasser zu bestimmen.

Nitrat ist eine natürliche Verbindung, wird in der Atmosphäre gebildet und ist damit erst einmal völlig unbedenklich. Die Natur nutzt es in einem natürlichen Kreislauf zur Düngung der Pflanzen. Diesen Kreislauf stört der Mensch, denn wenn mehr Dünger eingebracht wird als die Pflanzen aufnehmen können, gelangt Nitrat über den Regen in Flüsse und Seen und damit natürlich auch in das Grundwasser. Etwa 80 % des Richtwerts für Nitrat nehmen wir über die Nahrung auf, zum Beispiel durch den Verzehr von Gemüse, Obst und Fleisch. Wird zusätzlich Trinkwasser mit hohem Nitratgehalt über einen längeren Zeitraum konsumiert, kann dies für den Menschen gesundheitsschädlich sein. Daher empfehlen EU und WHO einen Grenzwert im Trinkwasser von 50 mg/l.

Steigender Nitratgehalt
Glücklich schätzen können sich daher Wasserversorger, die heute noch keine hohen Nitratwerte im Rohwasser haben und dieses daher nicht aufwendig aufbereiten müssen. Für alle anderen, die zum Beispiel durch Landwirtschaft schon jetzt Nitrat im Rohwasser haben, wird sich die Situation in den nächsten Jahren noch verschärfen. Das stellt die Wasserversorger vor große Herausforderungen. Fast alle Nitratverbindungen sind in Wasser löslich und das Nitrat-Ion ist chemisch sehr stabil, sodass die Verbindungen nur mit erheblichem technischem Aufwand entfernt werden können und dann doch die Gefahr besteht, dass die Rückstände wieder ins Grundwasser gelangen.

„Auch wir verschneiden das Rohwasser aus der Quelle oder dem Tiefenbrunnen, falls der Nitratgehalt in Richtung Grenzwert steigt, mit nitratfreiem Trinkwasser aus den Wasserwerken Lipperbruch und Fichten“, berichtet Uwe Hense, Betriebsleiter der Wasserwerke Lippstadt, die jedes Jahr mit insgesamt rund 4 Millionen Kubikmetern hochwertigem Trinkwasser aus eigenen Grundwasservorkommen die Region versorgen. „Deshalb kam es uns sehr gelegen, dass Bürkert für das Online-Analyse-System, das bei uns schon seit einigen Jahren in Betrieb ist, mittlerweile auch einen nachrüstbaren Nitrat-Sensor im Programm hat“.

Praxisgerechtes Werkzeug für den Wassermeister
Das Online-Analyse-System (Typ 8906) in einem der drei Lippstadter Wasserwerke hat sich im Alltag gut bewährt. Uwe Hense schätzt vor allem, dass nicht mehr täglich jemand vor Ort sein muss, um manuell Proben zu entnehmen und ins Labor zu bringen. Das Online-Analyse-System übernimmt diese Aufgabe eigenständig. Es ist in einem kompakten Schaltschrank untergebracht und individuell mit Sensorik für Trübung, Leitfähigkeit und pH-Wert auf die Anwendung abgestimmt.

Die sogenannten Sensor-Cubes arbeiten mit innovativer MEMS-Technologie (Mikro-Elektro-Mechanische Systeme). Im Gegensatz zu den früher üblichen Glassonden müssen die Mikrochips nicht ständig ausgetauscht werden. Die langen Standzeiten und großen Kalibrierintervalle der Mikrochips tragen zum wartungsarmen und zuverlässigen Betrieb bei. „Es ergeben sich deutliche Kosteneinsparungen durch geringere Kontrollen der Messstellen und den gesunkenen Wartungsaufwand“, ergänzt Uwe Hense. „Unser Personal hat für wichtigere Aufgaben mehr Zeit.“ Die Reinigungseinheit, die ebenfalls zum Online-Analyse-System gehört, sorgt dafür, dass sich alle Messwasser berührenden Teile je nach Bedarf ohne manuelle Eingriffe reinigen lassen. Auch das spart Zeit und Geld und die Messstelle muss für die Reinigung nicht außer Betrieb genommen werden.

Gleiche Kommunikationsschnittstelle, einfaches Nachrüsten
Der nachträgliche Anschluss des zusätzlichen Nitrat-Sensors war unkompliziert. Er wurde mit dem Messwasseranschluss sowie dem Analysesystem per Plug and Play verbunden und nutzt die gleiche Schnittstelle zur Kommunikation wie die vorhandenen Sensoren. Der laufende Betrieb des Analysesystems musste für die Installation nicht unterbrochen werden. Zusätzlich zu den anderen Parametern wird jetzt auch der Nitratwert auf dem Display des Online-Analyse-Systems dargestellt und direkt vom Sensor an die übergeordnete Steuerung übertragen. „Wir haben jederzeit die volle Kontrolle und das bei null Aufwand“, freut sich Uwe Hense. „Das Online-Analyse-System funktioniert einwandfrei. Falls es doch mal zu Schwierigkeiten kommt, sind die Fluidik-Spezialisten immer erreichbar und das Service-Team, das auch die jährliche Wartung übernimmt, ist schnell bei uns.“

Nitratmessung – so einfach funktioniert es
Die Nitratmessung übernimmt ein optischer Sensor. Er besteht aus einer Lichtquelle und einem Detektor und benötigt somit keine Reagenzmittel. Die Lichtquelle scheint durch die Probenkammer, durch die kontinuierlich Wasser fließt, direkt auf den Detektor. Befindet sich im Wasser Nitrat, wird dieses durch die Absorption von UV-Licht bei 212 nm bestimmt. Zusätzlich misst der Sensor die Absorption bei 254 nm sowie bei 360 nm, um den Einfluss von Organik und Trübung zu erfassen. Damit ist der Sensor unempfindlich gegenüber Quereinflüssen im Wasser. Um eine Fehlmessung durch den Einfluss von Trübstoffen, wie z. B. Sand oder Lehm auszuschließen, wird dieser Bereich separat erfasst und herausgerechnet.

Bei Bedarf lässt sich das Online-Analyse-System mit weiteren Sensoren ergänzen. So können neben den Parametern pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübung und Nitratgehalt auch Redoxpotenzial (ORP), Chlor oder der Chlordioxidgehalt bestimmt werden. Auch ein FIA-Sensor (Fließinjektionsanalyse) zur Bestimmung des Eisengehalts sowie ein SAK-Sensor, der organische Verunreinigungen misst, lassen sich integrieren. Alle Messwürfel können beim Nach- oder Umrüsten ohne Betriebsunterbrechung ein- oder ausgesteckt werden und melden sich automatisch beim System an. Bürkert übernimmt die Planung und Konfiguration vor Ort sowie die jährliche Wartung; der Anwender hat keinen Aufwand bei voller Kontrolle und permanenter Überwachung. Die Wasserwerker in Lippstadt fühlen sich daher gut für die Zukunft gerüstet und werden weiterhin gerne auf die Unterstützung der Fluidik-Spezialisten setzen.