EDS Water Management Arbeitsbuch Mit CD-ROM · Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS ......

Festo Didactic

8028713 de

01/2014 R1.0

Wasseraufbereitung

EDS®

Water Management

Arbeitsbuch

Mit CD-ROM

Bestell.-Nr.: 8028713

Stand: 12/2013

Autoren: Martina Groß, Christian Klippstein*, Peter Maurer*, Yvonne Salazar,

Thomas Schwab**, Kevin Treffry-Goatley***, James Voortman***, Christian Wehlers

Grafik: Doris Schwarzenberger

Layout: 01/2014, Frank Ebel

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Deutschland, 2014

Internet: www.festo-didactic.de

E-Mail: [email protected]

* Stuttgart University

Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA)

Bandtäle 2

70569 Stuttgart

Deutschland

** ADIRO Automatisierungstechnik GmbH

Limburgstrasse 40

73734 Esslingen

Deutschland

*** The Water Academy

P O Box 355

Knysna 6570

South Africa

Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die

Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt.

Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter,

des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen

zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu

verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und

Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer

und Studenten des Standortes für den Unterricht.

Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in

Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer

Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen.

Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen,

Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen,

unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG.

Hinweis

Soweit in diesem Arbeitsbuch nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch

Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine

geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem

besseren Verständnis der Formulierungen.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713 III

Inhalt

EDS® Water Management __________________________________________________________________ V

Beschreibung ____________________________________________________________________________ V

EDS® Systemdaten ________________________________________________________________________ VI

Die vier Systeme des EDS® Water Management ________________________________________________ VII

R&I-Fließbilder __________________________________________________________________________ VIII

Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS® Water Management ____________________________ IX

Bestimmungsgemäße Verwendung _________________________________________________________ XII

Hinweise für den Ausbilder ________________________________________________________________ XIII

Struktur der Übungen ____________________________________________________________________ XIII

Aufgaben und Lösungen

1 Wasseraufbereitung ________________________________________________________________ 3

1.1 Das Lernsystem _____________________________________________________________________ 3

1.1.1 Systemdaten _______________________________________________________________________ 3

1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems ________________ 4

1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management ____________ 4

1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen ______________________________________________ 6

1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“ __________________________________ 7

2 Fällung und Flockung _______________________________________________________________ 9

2.1 Grundlagen ________________________________________________________________________ 9

2.1.1 Typen von Substanzen im Wasser ______________________________________________________ 9

2.1.2 Fällung ____________________________________________________________________________ 9

2.1.3 Drei Schritte zur Entfernung von Kolloiden _______________________________________________ 9

2.1.4 Koagulations- und Flockungsphasen und die Kräfte hinter den Prozessen ____________________ 10

2.1.5 Kenndaten von Becken in Koagulations- und Flockungsprozessen __________________________ 11

2.1.6 Zur Koagulation eingesetzte Chemikalien ______________________________________________ 12

2.1.7 Optimale Dosierung _______________________________________________________________ 13

2.2 Übung __________________________________________________________________________ 14

2.2.1 Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid ___________________________________________ 14

3 Chlordosierung und Desinfektion ____________________________________________________ 22

3.1 Grundlagen ______________________________________________________________________ 22

3.2 Übung __________________________________________________________________________ 25

3.2.1 Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor _______________________________________ 25

Inhalt

IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713

Anhang ________________________________________________________________________________ 28

Sicherheitshinweise ______________________________________________________________________ 28

Komponenten ___________________________________________________________________________ 30

Abkürzungen ___________________________________________________________________________ 33

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713 V

EDS® Water Management

Beschreibung

Das EDS® (Environmental Discovery System) Water Management Lernsystem simuliert den kompletten

Zyklus der Wassernutzung durch den Menschen. Dies beginnt bei der Wassergewinnung durch Abpumpen

aus Grundwasser, Quellwasser oder oberirdischen Gewässern über die anschließende Speicherung bis hin

zur Wasseraufbereitung. Weiterhin umfasst es die Wasserverteilung zu den Verbrauchern sowie den

Gebrauch, wodurch das Wasser zu Abwasser wird. Anschließend werden der Abwassertransport zusammen

mit Regenabflüssen und die Abwasserbehandlung nachvollzogen.

In einer echten Kläranlage wird das behandelte Abwasser in ein Gewässer geleitet. In der Regel ist dies ein

Fluss. Eine direkte Wiederverwendung ist unüblich, aber der Kläranlagenablauf ist ab dann wieder Teil

natürlicher Gewässer, den Ressourcen der Wassergewinnung . Der Wasserkreislauf des EDS® Water

Management ist tatsächlich geschlossen. Der Abfluss aus dem letzten Behälter wird wiederverwendet und

speist den Vorratsbehälter des Systems.

Das EDS® Lernsystem veranschaulicht diesen „künstlichen“ Wasserkreislauf mithilfe seiner vier Systeme:

1. Wasseraufbereitung (Water Treatment)

2. Wasserversorgung (Water Supply)

3. Abwassertransport (Wastewater Disposal)

4. Abwasserbehandlung (Wastewater Treatment)

Prozesse wie Pumpen, Speichern, Flockung, Desinfizieren und Verteilen von Wasser können durch

praktische Übungen erlernt werden. Nach dem Hinzufügen von festen Stoffen wird der Fluss des Abwassers

verfolgt, um Prozesse wie Sedimentation, Belüftung und Schlammrückführung aufzuzeigen.

Der Lernerfolg wird zudem durch eine umfassende Dokumentation mit Theorieteil unterstützt. Vier der

Arbeitsbücher beziehen sich unmittelbar auf ein System, während zwei übergreifende Arbeitsbücher

zusätzlich eine fundierte Einführung in die Regeltechnik und die Energieeffizienz bieten.

Folgende Arbeitsbücher sind verfügbar:

1. Wasseraufbereitung

2. Wasserversorgung

3. Abwassertransport

4. Abwasserbehandlung

5. Überwachen, Regeln und Optimieren

6. Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen

Jedes System kann einzeln für sich für ein Schulungsmodul eingesetzt werden. Das Lernsystem kann

individuell angepasst werden, da Rohrleitungen und Sensoren flexibel verwendbar sind. Sind die vier

Systeme miteinander verbunden, bilden sie ein ganzheitliches Lernsystem, das alle in den Arbeitsbüchern

beschriebenen Prozesse und Übungen abdeckt. Bei der integralen Verwendung der Systeme können

Schulungsteilnehmer sehen, wie einzelne Prozessschritte interagieren und sich eine in einem Bereich

ergriffene Maßnahme auf ein oder mehrere andere Systeme auswirkt.


VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713

Denn wie in der Praxis beeinflussen sich auch hier die Prozesse gegenseitig. Eine Kläranlage muss

beispielsweise die über das Kanalisationssystem eingehende Menge und Zusammensetzung des Abwassers

bewältigen. Die einzelnen Systeme des EDS®- Water Management sind auf ähnliche Weise nur hydraulisch

durch Rohre miteinander verbunden. Die Regelungsvorgänge sind hingegen für jedes System separat. Das

EDS® Water Management ermutigt Schulungsteilnehmer also, „Dinge auszuprobieren“ und mithilfe

verschiedener Stellgrößen und Einstellungen am System auch Probleme zu simulieren. Solche Experimente

können durchgeführt werden, ohne dass Kosten oder Schäden entstehen, was in einem echten Wasser- oder

Klärwerk schlichtweg unmöglich ist.

Nach dem Abschluss der in den Arbeitsbüchern beschriebenen Schulungsmodule werden die

Schulungsteilnehmer über sehr viel mehr Fachwissen verfügen. Die starke Praxisorientierung hilft dabei, im

Laufe der Schulung erworbene Kenntnisse und Kompetenzen direkt auf die Arbeitsumgebung anwenden zu

können. Berufliche Schulungen tragen zum sicheren und effizienten Betrieb von Wasserwerken und

Kläranlagen bei und steigern die Verfügbarkeit von sauberem Trinkwasser.

EDS® Systemdaten

Abmessungen EDS® Water Management ohne Sammelbehälter (Systainer) und Tische

Breite: 2660 mm (Minimum), 3500 mm (Optimum)

Tiefe: 400 mm

Höhe: 1150 mm von Tischplatte

Das Lernsystem EDS® Water Management mit allen vier Teilsystemen


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Die vier Systeme des EDS® Water Management

Wasseraufbereitung

Das System ist für die Verwendung in den folgenden Schulungsmodulen konzipiert:

Wasseraufbereitung

Überwachen, Regeln und Optimieren

Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen

Durch die praktischen Übungen am Wasseraufbereitungssystem erschließen sich Schulungsteilnehmer die

Grundsätze, Funktionen und Arbeitsgänge einer Reihe von Wasseraufbereitungsprozessen. Später wenden

sie das Erlernte an, um einen umweltverträglichen Abwasserabfluss auf der einen Seite und die

Trinkwasseraufbereitung auf der anderen Seite sicherzustellen.

Wasserversorgung


Wasserversorgung



Da das System in drei Schulungsmodulen verwendet wird, ist sein Anwendungsbereich weit und

Schulungsteilnehmer absolvieren viele praktische Übungen daran. Im Schulungsmodul „Wasserversorgung“

sind Pumpen ein Hauptthema, andere Übungen befassen sich mit Regelungstechnik für den

Wassertransport, damit die optimale Verteilung von Trinkwasser an den Verbraucher erzielt werden kann.

Zudem wird der Wasserfluss vom Wasserwerk zum Verbraucher untersucht.

Abwassertransport


Abwassertransport



Durch den Einsatz des Systems im Schulungsmodul „Abwassertransport“ machen sich die

Schulungsteilnehmer mit den Regeltechnologien der Abwasserentsorgung und der damit verbundenen

Prozesse vertraut. Der Abwasserfluss von urbanen Siedlungen zur Kläranlage wird untersucht.


VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713

Abwasserbehandlung


Abwasserbehandlung



Im Schulungsmodul „Abwasserbehandlung“ werden mit Hilfe des Lernsystems die Grundlagen der

Abwasserbehandlungsprozesse mit den Schwerpunkten Absetzung (Sedimentation), biologische

Behandlung und Schlammrückführung verdeutlicht. Im Schulungsmodul „Energieoptimierung“

veranschaulicht das System Prozesse und Messungen zur Energieeffizienz in der Abwasserbehandlung,

insbesondere der Belüftung. Beim Modul „Überwachen, Regeln und Optimieren “ können die Themen

Durchfluss-Steuerung, Belüftung und Füllstandregelung behandelt werden.

R&I-Fließbilder

Das Wasseraufbereitungssystem und das Wasserversorgungssystem


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Das Abwassertransportsystem und das Abwasserbehandlungssystem

Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS® Water Management

Die unten stehende Tabelle listet auf, welches der EDS® Systeme für welche Übungen verwendet werden

kann. Die entsprechenden Systeme sind mit einem „X“ gekennzeichnet. Ist in einer Zeile kein „X“ zu finden,

handelt es sich um eine theoretische Übung, die keins der EDS® Systeme erfordert. „(X)“ dient als Hinweis,

dass die entsprechende Übung ggf. mit diesem System durchgeführt werden kann. Die mit einem „X“

gekennzeichneten Systeme sind jedoch vorzuziehen.


W-

PUR

W-

SUP

WW-

TRA

WW-

TRE

Getting started

Getting started beinhaltet auch Übungen für die Inbetriebnahme von

elektronischen Sensoren, Pumpen und Ventilen.

X X X X

Arbeitsbuch „Wasseraufbereitung“

2. Fällung und Flockung

2.2.1 Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid X

3. Chlordosierung und Desinfektion

3.2.1 Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor X

W-PUR: Water Treatment System (Wasseraufbereitungssystem)

W-SUP: Water Supply System (Wasserversorgungssystem)

WW-TRA: Wastewater Disposal System (Abwassertransportsystem)

WW-TRE: Wastewater Treatment System (Abwasserbehandlungssystem)


X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713


W-

PUR

W-

SUP

WW-

TRA

WW-

TRE

Arbeitsbuch „Wasserversorgung“

3. Betrieb von Pumpen

3.2.1 Steuern der Pumpe (X) X (X) (X)

3.2.2 Druckmessung und Widerstand im Leitungssystem X

3.2.3 Durchflussmessung und Widerstand im Leitungssystem X (X) X (X)

3.2.4 Steuern der Wasserversorgung mithilfe von Handventilen X (X) X (X)

4. Wassertransport zum Wasserturm

4.2.1 Steuern des Füllstands bei gleichzeitiger Wasserentnahme X

4.2.2 Manuelles Steuern des Füllstands mithilfe eines 2-Wege-Kugelhahns mit

pneumatischem Drehstellantrieb X

5. Wasserversorgung von unterschiedlichen Druckzonen

5.2.1 Simulation zweier Siedlungszonen in unterschiedlichen Höhenlagen (beide

Systeme werden verwendet) X und X

6. Wasserverlust

6.2.1 Ermittlung eines Wasserverlustes X

Arbeitsbuch „Abwassertransport“

2. Abwassertransport in Rohren - hydraulische Grundlagen

2.2.1 Abwassertransport in Freispiegelleitungen: Hydraulische Leistung,

Einstau und Überstau X

3. Feststofftransport

3.2.1 Feststofftransport in Kanalisationen bei unterschiedlichen Durchflüssen X

4. Betrieb von Kanalisationssystemen

4.2.1 Durchfluss-Steuerung am Regenüberlaufbecken X

Arbeitsbuch Abwasserbehandlung

2. Sedimentation

2.2.1 Einflüsse auf die Sedimentation

2.2.2 Simulation der Schlammsedimentation mit Granulat X

2.2.3 Untersuchen verschiedener Durchflüsse X

2.2.4 Einfluss der Feststofflast auf die Sedimentation X

3. Biologische Behandlung (Belebtschlamm)

3.2.1 Sichern einer hohen Schlammkonzentration im Belebungsbecken X

3.2.2 Belüftung X






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Zuordnung der Übungen zu den Teilsystemen des EDS® Water Management

W-

PUR

W-

SUP

WW-

TRA

WW-

TRE

Arbeitsbuch „Überwachen, Regeln und Optimieren“

2. Regeltechnik: Pumpe

2.2.1 Regelung des Füllstands mithilfe eines Zweipunktreglers X

2.2.2 Regelung des Füllstands mithilfe eines stetigen Reglers X

2.2.3 Durchflussregelung mithilfe eines Proportional- und Integralreglers X X X

3. Regeltechnik: Proportional-Medienventil

3.2.1 Durchflussregelung X

3.2.2 Abflussregelung X

4. Regeltechnik: Belüftung

4.2.1 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines Zweipunktreglers X

4.2.2 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines stetigen Reglers X

Arbeitsbuch „Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen“

2. Energieverbrauch und -erzeugung

2.2.1 Primärenergieverbrauch

2.2.2 Energiesparen im Alltag

2.2.3 Energieverbrauch in Wasserwerken und Kläranlagen

2.2.4 Beurteilung des Stromverbrauchs einer Kläranlage

3. Formen, Wirkungsgrad und Leistung der Energie

3.2.1 Kontrolle des Verbrauchs von elektrischer Energie

im EDS® Water Management X X X X

3.2.2 Energieformen

3.2.3 Wirkungsgrad der Pumpe X X X X

3.2.4 Energieverbrauch des Magnetventils überprüfen X X

4. Störungseinflüsse und Wasserversorgung

4.2.1 Auswirkungen von Störungseinflüssen im Leitungssystem X X X X

5. Energieoptimierung von Pumpvorgängen: Regelung

5.2.1 Optimierung des Energieverbrauchs bei der Füllstandregelung X

5.2.2 Optimierung der Durchflussregelung X X X






XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713

Zuordnung der Übungen zu den Teilsystemen des EDS® Water Management

W-

PUR

W-

SUP

WW-

TRA

WW-

TRE

6. Energieoptimierung und Kosten der Belüftung

6.2.1 Energieverbrauch des Belüfters bei verschiedenen Leistungseinstellungen X

6.2.2 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines Zweipunktreglers X

6.2.3 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines stetigen Reglers X

6.2.4 Energieverbrauch der Belüftung X

6.2.5 Berechnung der Belüftungskosten

7. Ursachen für die Verschwendung von Energie

7.2.1 Übermäßiger Energieverbrauch und Gegenmaßnahmen

8. Energiemanagement

8.2.1 Ständige Kontrolle und der Maßnahmen zur Energieoptimierung

8.2.2 Kostenoptimierung

9. Energiegewinnung in Kläranlagen

9.2.1 Abschätzen der Energieerzeugung





Bestimmungsgemäße Verwendung

Das EDS® Water Management darf nur:

für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb

in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand benutzt werden.

Die Komponenten des Lernsystems sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten

sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib

und Leben des Benutzers bzw. Dritte entstehen und die Betriebssicherheit der Komponenten beeinträchtigt

werden.

Das EDS® Water Management ist ausschließlich für die technische und berufliche Aus- und Weiterbildung

(TVET, Technical and Vocational Education and Training) entwickelt und hergestellt. Die entsprechenden

Ausbildungsunternehmen und/oder ihre Ausbilder haben dafür Sorge zu tragen, dass sämtliche

Auszubildenden die in diesem Handbuch beschriebenen Sicherheitsvorkehrungen beachten.

Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden eines Auszubildenden, eines

Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Lernsystems

außerhalb einer reinen Aus- oder Weiterbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche

Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.


© Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713 XIII

Hinweise für den Ausbilder

Bitte beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten genauestens,

insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit des vorigen Kapitels. Analysieren Sie zur Vermeidung

von Un- bzw. Notfällen die möglichen Gefahren von Übungen, bevor diese durchgeführt werden.

Elektrische Bauteile sind werkseitig vorverdrahtet und für den Direktanbau an das rechteckige Profil auf

einer H-Schiene montiert. Sie können alternativ als unverdrahteter Kit geliefert werden. In beiden Fällen

dürfen Verdrahtungsarbeiten nur von Fachpersonal vorgenommen werden.

Wie alle Schulungsprodukte von Festo Didactic sind auch die Lernsysteme des EDS® äußerst

praxisorientiert. Sie sind hauptsächlich darauf ausgerichtet, die berufliche Kompetenz von

Schulungsteilnehmern zu erweitern, die Übungen und Herausforderungen meistern müssen, die auch

im Berufsalltag vorkommen. Während der Schulung sollte sich der Ausbilder hauptsächlich auf die

Lernergebnisse konzentrieren und den Lernprozess so gestalten, dass die Lernziele am Ende erreicht

werden.

Da das EDS® Water Management echte Abläufe simuliert, ist es das ideale Hilfsmittel, um

Schulungsteilnehmern die neuesten und relevanten Kenntnisse und Kompetenzen zu vermitteln.

Folglich sollten die Übungen den Kern des Lernprozesses bilden. Der aus den praktischen Übungen

resultierende Wissens- und Kompetenzerwerb sollte anhand von theoretischen Erläuterungen und

Präsentationen unterstützt werden.

Da der Wissensstand bei den Schulungsteilnehmern normalerweise unterschiedlich ist, kann der Grad,

inwiefern Lehrinhalte eines Moduls vertieft werden sollten, erheblich schwanken. Insofern gibt es keine

wirkliche Empfehlung in Bezug auf die Dauer eines Schulungsmoduls. Generell sollte der Ausbilder ein

Schulungsmodul so planen und einteilen, dass den Schulungsteilnehmern genug Zeit für die Übungen

sowie Fragen und den Austausch von Wissen bzw. Erfahrungen bleibt.

Struktur der Übungen

Das Lernsystem und die Arbeitsbücher von Festo Didactic fördern einen didaktischen und auf den aktiven

Wissenserwerb ausgerichteten Lernansatz. Zur Unterstützung des praxisorientierten Lernprozesses spielen

die Übungen eine wichtige Rolle. Sie spiegeln reale berufliche Herausforderungen und Probleme wider.

Deswegen ist es wichtig, stets ihren beruflichen Kontext zu erklären. Infolgedessen bestehen die Übungen

aus den folgenden strukturellen Elementen:

Problemstellung

Die Problemstellung beschreibt ein Szenario von einem Arbeitsplatz und versetzt die

Schulungsteilnehmer in eine Arbeitsumgebung.

Aufbau

Unter Umständen erfolgt eine Anweisung, wie eine Übung vorzubereiten ist, welche Materialien

gebraucht werden oder wie das jeweils für die entsprechende(n) Übung(n) verwendete Teilsystem des

EDS® Water Management aufgebaut werden muss.

Lernergebnisse

Die Lernergebnisse ermöglichen die Beurteilung des Lernerfolgs bei Schulungsteilnehmern und dienen

Arbeitgebern als Orientierung für das Kompetenzniveau von Schulungsteilnehmern. Darüber hinaus

fungieren sie als Richtlinien für den Lernprozess.


XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713

Aufgaben

Aufgaben untergliedern die Übungen und beinhalten eine kurze und präzise Aufgabenstellung bzw.

Beschreibung, was zu tun, zu lösen oder zu erreichen ist.

Didaktische Hinweise

Didaktische Hinweise geben zusätzliche Tipps oder Informationen, die Schulungsteilnehmern helfen,

Aufgaben erfolgreich zu lösen. Beschreibungen von Software-Tools für Berechnungen, Messungen

usw., die hilfreich für die Lösung von Aufgaben sind, können hier ebenfalls enthalten sein.

Didaktische Hinweise für den Ausbilder

Hinweise für den Ausbilder liefern weitere Empfehlungen, Vorschläge und Informationen zur

professionellen Gestaltung der Schulung und effizienten Unterstützung der Schulungsteilnehmer beim

Lernen.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713 1



1.1 Das Lernsystem _____________________________________________________________________ 3

1.1.1 Systemdaten _______________________________________________________________________ 3






2.1 Grundlagen ________________________________________________________________________ 9


2.1.2 Fällung ____________________________________________________________________________ 9






2.2 Übung __________________________________________________________________________ 14



3.1 Grundlagen ______________________________________________________________________ 22

3.2 Übung __________________________________________________________________________ 25


Anhang ________________________________________________________________________________ 28


Komponenten ___________________________________________________________________________ 30

Abkürzungen ___________________________________________________________________________ 33


2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713


1 Wasseraufbereitung

1.1 Das Lernsystem

Das System ist für die Verwendung in den Schulungsmodulen Wasseraufbereitung sowie

Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen konzipiert. Jedes Schulungsmodul kann mithilfe

eines Arbeitsbuches absolviert werden, in dem das Thema und die praktischen Übungen erklärt werden.

Durch die praktischen Übungen am

Wasseraufbereitungssystem erschließen sich

Schulungsteilnehmer die Grundsätze, Funktionen und

Arbeitsgänge einer Reihe von

Wasseraufbereitungsprozessen. Später wenden sie

das Erlernte an, um einen umweltverträglichen

Abwasserabfluss auf der einen Seite und die

Trinkwasseraufbereitung auf der anderen Seite

sicherzustellen.

Abbildung des Wasseraufbereitungssystems

1.1.1 Systemdaten

Hauptkomponenten

Behälter, 3 l Drucksensor

Überlaufkante Chlorsensor (optional)

Kapazitiver Näherungsschalter 2/2-Wege-Magnetventil

Schwimmerschalter E/A-Schnittstelle

Durchflusssensor Aluminium-Profilplatte

Abmessungen

Breite: 355 mm

Tiefe: 400 mm


Bestellnummer des Wasseraufbereitungssystems: 8024504



1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems

1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management

Rohrleitungs- und Instrumentenfließbilder (R&I) zeigen den funktionellen Aufbau einer technischen Anlage.

In R&I-Fließbildern werden verschiedene Symbole für Sensoren, Ventile, Aktuatoren, Motoren, Pumpen,

Behälter und Leitungsrohre verwendet. Die R&I-Fließbilder in diesem Arbeitsbuch basieren auf den

europäischen Normen EN 62424 bzw. EN 10628. Damit diese Fließbilder leicht zu entschlüsseln sind, wird

eine vereinfachte Form verwendet.



Symbol Bedeutung

Pumpe mit Elektromotor

Behälter (Absetzbeckenform)

Filter

Leitungsrohr

Abzweigung

Aktuator (allgemeines Symbol)

Manueller Aktuator

Handventil

Sensor

Oben: FIC bezeichnet einen Durchflusssensor (F = Flow), der den Istwert anzeigt (I)

und für den die Regelung (C = Closed-loop control) verwendet werden kann

Unten: Nummerierung

Weitere Erläuterungen zu den Buchstaben im oberen Teil des Symbols finden Sie

in der folgenden Tabelle.

Symbole: Beispiele aus den EDS® Systemen

Erster Buchstabe Darauffolgende Buchstaben

F Durchfluss, Volumenstrom A Alarm, Meldung

L Füllstand C Regelung

P Druck I Istwert

Q Qualität O Optisches Signal

T Temperatur R Registrierung

D Differenz +/- Schwelle

Bezeichnung von Sensoren



1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen

Anhand der Übung 2.2.1 „Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid“ lernt der Schulungsteilnehmer:

die grundlegenden Prozesse der Fällung und Flockung zu benennen

die für einen Fällungs- und Flockungsprozess erforderlichen Materialien zu wählen

die Fällung selbstständig durchzuführen

zu untersuchen, wie sich die Fällungsmittelüberdosierung auf die Fällung auswirkt

eine Sedimentationskurve zu erstellen und zu erklären

In der Übung 3.2.1 „Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor“ lernt der Schulungsteilnehmer:

die desinfizierenden Eigenschaften von Chlor zu beschreiben

das freie Chlor mit einem Chlorsensor zu messen

Chlor so zu dosieren, dass ein bestimmter Sollwert für freies Chlor erreicht wird

Probleme mit zu hohen oder zu niedrigen Chlordosierungen zu benennen

Wasserwerk in Nanking, China (Quelle: Festo)



1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“

Kann Wasser gefahrlos direkt aus einem Fluss oder See getrunken werden? Welche Schritte sind

erforderlich, um alle Verbraucher mit sauberem Wasser zu versorgen? Welche Kernprozesse gibt es bei der

Wasseraufbereitung?

Der Ausdruck „Wasserqualität“ beschreibt die physikalischen, chemischen und mikrobiologischen

Eigenschaften von Wasser. Diese Merkmale bestimmten gemeinsam die Wasserqualität. Die Wasserqualität

muss im Verhältnis zur Art der Verwendung bewertet werden. Wasser für den menschlichen Gebrauch muss

bestimmten Anforderungen genügen und ‒ am allerwichtigsten ‒ bedenkenlos trinkbar sein. Trinkwasser ist

Wasser, das sich sowohl für häusliche Zwecke wie Trinken, Waschen und Kochen als auch als Brauchwasser

für allgemeine industrielle Verwendungen eignet. Die Bezeichnung Trinkwasserqualität besagt, dass Wasser

gefahrlos getrunken werden kann, zufriedenstellend schmeckt und aussieht und keine Krankheiten

verursacht. Weitere Informationen über die Trinkwasserqualität finden Sie im Arbeitsbuch

„Wasserversorgung“.

Trinkwassertalsperre (ZVWKK - Zweckverband Wasserversorgung Kleine Kinzig, Baden-Württemberg, Quelle: Festo)

Aus Flüssen, Talsperren, Quellen oder Brunnen gewonnenes Wasser kann nur selten ohne Aufbereitung als

Trinkwasser genutzt werden. Meist muss das Rohwasser behandelt werden, bevor es diesen Zweck erfüllt.

Wasservorkommen sind nicht nur durch natürliche Prozesse wie Erosion und Auflösung von Salzen aus dem

Boden verunreinigt, sondern auch durch Menschen verursachte Prozesse und Abfälle. Menschengemachte

Verunreinigungen können entweder „natürlichen“, d. h. biologischen Ursprungs sein, wie z. B. mit

Exkrementen verunreinigter Oberflächenabfluss, oder „künstlich geschaffen“ sein, z. B. industrielle

Abwässer oder synthetische Chemikalien wie Pestizidrückstände.

Wenn die Grundwasserreserven nicht ausreichen, müssen sie mit Wasser aus Flüssen oder Seen ergänzt

werden. Falls die Qualität der Oberflächengewässer gut genug ist, reicht die natürliche Filterwirkung des

Bodens aus, um Trinkwasserqualität zu erreichen. Uferfiltration, Filterzonen und die Kanalisierung von

Wasser unterstützen die Filterwirkung. Je nach Typ und Grad der Verunreinigung im Rohwasser und den

angestrebten Qualitätsstandards werden geeignete Behandlungsmethoden gewählt.



Moderne Wasserwerke kombinieren meist mehrere Prozesse, um chemische, organische und bakterielle

Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen. Neben zentralen Großanlagen sind dezentrale

Wasserwerke in ländlichen oder weniger erschlossenen Regionen eine gute Alternative für die Versorgung

mit Trinkwasser.

Bei der Wassergewinnung besteht der erste Schritt der Wasseraufbereitung darin gröbere Feststoffe mit

Sieben zu entfernen. Danach werden im Wasserwerk diverse Eigenschaften des Rohwassers geprüft. Häufig

wird es zur Abtötung von Mikroorganismen und zur Vermeidung von Geruchs- und Geschmacksproblemen

vorgechlort. Die Wasseraufbereitung im engeren Sinne beginnt in der Schnellmischkammer oder dem

Mischbecken, wo dem Wasser verschiedene Chemikalien beigemischt werden. Flockungsmittel bewirken

das Verklumpen von Feinteilchen zu größeren Teilchen. Zur Regulierung des pH-Wertes und zur Oxidierung

von Eisen und Mangan wird Alkali hinzugefügt. Um die Korrosion von Rohren zu vermeiden, kann

Hexametaphosphat hinzugegeben werden.

Chemikalien und Wasser werden für eine kurze Zeit intensiv gemischt, was rasch zur vollständigen

Durchmischung führt, bevor sie in das Flockungsbecken oder Absetzbecken gelangen. Im Flockungsbecken

bilden verunreinigende Feinteilchen größere Klumpen, die sogenannten Flocken. Das Wasser fließt langsam

durch das Absetzbecken und die Flocken sinken auf den Grund, wo sie entfernt werden können. Als

nächstes fließt das Wasser durch Filter, die Partikel entfernen, die zu klein für eine Sedimentation im

Absetzbecken sind.


Zum Schluss wird Chlor hinzugefügt und unter Umständen auch Fluor, um Karies beim Verbraucher zu

reduzieren. Danach bleibt das Wasser für einige Zeit in einem Kontaktbecken, damit das Chlor die Bakterien

abtöten und den Schwefelwasserstoff oxidieren kann. Das Wasser ist somit aufbereitet und kann verteilt

werden.

Hinweis

Dieses Arbeitsbuch behandelt die wichtigsten Prozesse der Flockung, Desinfektion und

Chlordosierung, während der Sedimentationsprozess im Arbeitsbuch „Abwasserbehandlung“

besprochen wird.




1.1 Das Lernsystem _____________________________________________________________________ 3

1.1.1 Systemdaten _______________________________________________________________________ 3






2.1 Grundlagen ________________________________________________________________________ 9


2.1.2 Fällung ____________________________________________________________________________ 9






2.2 Übung __________________________________________________________________________ 14



3.1 Grundlagen ______________________________________________________________________ 22

3.2 Übung __________________________________________________________________________ 25


Anhang ________________________________________________________________________________ 28


Komponenten ___________________________________________________________________________ 30

Abkürzungen ___________________________________________________________________________ 33

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713 Name: __________________________________ Datum: ____________ 3


1.1 Das Lernsystem

Das System ist für die Verwendung in den Schulungsmodulen Wasseraufbereitung sowie

Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen konzipiert. Jedes Schulungsmodul kann mithilfe

eines Arbeitsbuches absolviert werden, in dem das Thema und die praktischen Übungen erklärt werden.

Durch die praktischen Übungen am

Wasseraufbereitungssystem erschließen sich

Schulungsteilnehmer die Grundsätze, Funktionen und

Arbeitsgänge einer Reihe von

Wasseraufbereitungsprozessen. Später wenden sie

das Erlernte an, um einen umweltverträglichen

Abwasserabfluss auf der einen Seite und die

Trinkwasseraufbereitung auf der anderen Seite

sicherzustellen.

Abbildung des Wasseraufbereitungssystems

1.1.1 Systemdaten

Hauptkomponenten

Behälter, 3 l Drucksensor

Überlaufkante Chlorsensor (optional)

Kapazitiver Näherungsschalter 2/2-Wege-Magnetventil

Schwimmerschalter E/A-Schnittstelle

Durchflusssensor Aluminium-Profilplatte

Abmessungen

Breite: 355 mm

Tiefe: 400 mm


Bestellnummer des Wasseraufbereitungssystems: 8024504


4 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713

1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems

1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management

Rohrleitungs- und Instrumentenfließbilder (R&I) zeigen den funktionellen Aufbau einer technischen Anlage.

In R&I-Fließbildern werden verschiedene Symbole für Sensoren, Ventile, Aktuatoren, Motoren, Pumpen,

Behälter und Leitungsrohre verwendet. Die R&I-Fließbilder in diesem Arbeitsbuch basieren auf den

europäischen Normen EN 62424 bzw. EN 10628. Damit diese Fließbilder leicht zu entschlüsseln sind, wird

eine vereinfachte Form verwendet.



Symbol Bedeutung

Pumpe mit Elektromotor

Behälter (Absetzbeckenform)

Filter

Leitungsrohr

Abzweigung

Aktuator (allgemeines Symbol)

Manueller Aktuator

Handventil

Sensor

Oben: FIC bezeichnet einen Durchflusssensor (F = Flow), der den Istwert anzeigt (I)

und für den die Regelung (C = Closed-loop control) verwendet werden kann

Unten: Nummerierung

Weitere Erläuterungen zu den Buchstaben im oberen Teil des Symbols finden Sie

in der folgenden Tabelle.

Symbole: Beispiele aus den EDS® Systemen

Erster Buchstabe Darauffolgende Buchstaben

F Durchfluss, Volumenstrom A Alarm, Meldung

L Füllstand C Regelung

P Druck I Istwert

Q Qualität O Optisches Signal

T Temperatur R Registrierung

D Differenz +/- Schwelle

Bezeichnung von Sensoren



1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen

Anhand der Übung 2.2.1 „Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid“ lernt der Schulungsteilnehmer:

die grundlegenden Prozesse der Fällung und Flockung zu benennen

die für einen Fällungs- und Flockungsprozess erforderlichen Materialien zu wählen

die Fällung selbstständig durchzuführen

zu untersuchen, wie sich die Fällungsmittelüberdosierung auf die Fällung auswirkt

eine Sedimentationskurve zu erstellen und zu erklären

In der Übung 3.2.1 „Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor“ lernt der Schulungsteilnehmer:

die desinfizierenden Eigenschaften von Chlor zu beschreiben

das freie Chlor mit einem Chlorsensor zu messen

Chlor so zu dosieren, dass ein bestimmter Sollwert für freies Chlor erreicht wird

Probleme mit zu hohen oder zu niedrigen Chlordosierungen zu benennen




1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“

Kann Wasser gefahrlos direkt aus einem Fluss oder See getrunken werden? Welche Schritte sind

erforderlich, um alle Verbraucher mit sauberem Wasser zu versorgen? Welche Kernprozesse gibt es bei der

Wasseraufbereitung?

Der Ausdruck „Wasserqualität“ beschreibt die physikalischen, chemischen und mikrobiologischen

Eigenschaften von Wasser. Diese Merkmale bestimmten gemeinsam die Wasserqualität. Die Wasserqualität

muss im Verhältnis zur Art der Verwendung bewertet werden. Wasser für den menschlichen Gebrauch muss

bestimmten Anforderungen genügen und ‒ am allerwichtigsten ‒ bedenkenlos trinkbar sein. Trinkwasser ist

Wasser, das sich sowohl für häusliche Zwecke wie Trinken, Waschen und Kochen als auch als Brauchwasser

für allgemeine industrielle Verwendungen eignet. Die Bezeichnung Trinkwasserqualität besagt, dass Wasser

gefahrlos getrunken werden kann, zufriedenstellend schmeckt und aussieht und keine Krankheiten

verursacht. Weitere Informationen über die Trinkwasserqualität finden Sie im Arbeitsbuch

„Wasserversorgung“.

Trinkwassertalsperre (ZVWKK - Zweckverband Wasserversorgung Kleine Kinzig, Baden-Württemberg, Quelle: Festo)

Aus Flüssen, Talsperren, Quellen oder Brunnen gewonnenes Wasser kann nur selten ohne Aufbereitung als

Trinkwasser genutzt werden. Meist muss das Rohwasser behandelt werden, bevor es diesen Zweck erfüllt.

Wasservorkommen sind nicht nur durch natürliche Prozesse wie Erosion und Auflösung von Salzen aus dem

Boden verunreinigt, sondern auch durch Menschen verursachte Prozesse und Abfälle. Menschengemachte

Verunreinigungen können entweder „natürlichen“, d. h. biologischen Ursprungs sein, wie z. B. mit

Exkrementen verunreinigter Oberflächenabfluss, oder „künstlich geschaffen“ sein, z. B. industrielle

Abwässer oder synthetische Chemikalien wie Pestizidrückstände.

Wenn die Grundwasserreserven nicht ausreichen, müssen sie mit Wasser aus Flüssen oder Seen ergänzt

werden. Falls die Qualität der Oberflächengewässer gut genug ist, reicht die natürliche Filterwirkung des

Bodens aus, um Trinkwasserqualität zu erreichen. Uferfiltration, Filterzonen und die Kanalisierung von

Wasser unterstützen die Filterwirkung. Je nach Typ und Grad der Verunreinigung im Rohwasser und den

angestrebten Qualitätsstandards werden geeignete Behandlungsmethoden gewählt.



Moderne Wasserwerke kombinieren meist mehrere Prozesse, um chemische, organische und bakterielle

Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen. Neben zentralen Großanlagen sind dezentrale

Wasserwerke in ländlichen oder weniger erschlossenen Regionen eine gute Alternative für die Versorgung

mit Trinkwasser.

Bei der Wassergewinnung besteht der erste Schritt der Wasseraufbereitung darin gröbere Feststoffe mit

Sieben zu entfernen. Danach werden im Wasserwerk diverse Eigenschaften des Rohwassers geprüft. Häufig

wird es zur Abtötung von Mikroorganismen und zur Vermeidung von Geruchs- und Geschmacksproblemen

vorgechlort. Die Wasseraufbereitung im engeren Sinne beginnt in der Schnellmischkammer oder dem

Mischbecken, wo dem Wasser verschiedene Chemikalien beigemischt werden. Flockungsmittel bewirken

das Verklumpen von Feinteilchen zu größeren Teilchen. Zur Regulierung des pH-Wertes und zur Oxidierung

von Eisen und Mangan wird Alkali hinzugefügt. Um die Korrosion von Rohren zu vermeiden, kann

Hexametaphosphat hinzugegeben werden.

Chemikalien und Wasser werden für eine kurze Zeit intensiv gemischt, was rasch zur vollständigen

Durchmischung führt, bevor sie in das Flockungsbecken oder Absetzbecken gelangen. Im Flockungsbecken

bilden verunreinigende Feinteilchen größere Klumpen, die sogenannten Flocken. Das Wasser fließt langsam

durch das Absetzbecken und die Flocken sinken auf den Grund, wo sie entfernt werden können. Als

nächstes fließt das Wasser durch Filter, die Partikel entfernen, die zu klein für eine Sedimentation im

Absetzbecken sind.


Zum Schluss wird Chlor hinzugefügt und unter Umständen auch Fluor, um Karies beim Verbraucher zu

reduzieren. Danach bleibt das Wasser für einige Zeit in einem Kontaktbecken, damit das Chlor die Bakterien

abtöten und den Schwefelwasserstoff oxidieren kann. Das Wasser ist somit aufbereitet und kann verteilt

werden.

Hinweis

Dieses Arbeitsbuch behandelt die wichtigsten Prozesse der Flockung, Desinfektion und

Chlordosierung, während der Sedimentationsprozess im Arbeitsbuch „Abwasserbehandlung“

besprochen wird.

EDS Water Management Arbeitsbuch Mit CD-ROM · Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS ......

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