Mehr sauberes Wasser durch KI

Abwasserreinigung wird durch innovative Technik effizienter und nachhaltiger

Bei der Behandlung von Abwasser wird künstliche Intelligenz (KI) bereits häufig eingesetzt. Von der Energieoptimierung über die Reduktion von Schadstoffen bis zur Steuerung hilft der Assistent ebenfalls dabei, Energie zu sparen und Klimaziele zu verfolgen. Diese Ziele lassen sich auch in kleineren Kläranlagen verfolgen, wie das Spezialunternehmen Technologien zur Industrie-Abwasser-Behandlung GmbH (TIA) auch für kommunale Zwecke demonstriert. Die Kläranlagen stehen für maßgeschneiderte und energieeffiziente Lösungen.

KI macht die Abwasserbehandlung sicherer und effizienter. Davon ist TIA-Geschäftsführerin Anna Lena Blanke überzeugt: „Der Übergang von der Automatisierung zum Einsatz von KI für eine smarte Kläranlage ist fließend.“ Seit 1987 entwickelt das Familienunternehmen aus Breitenfelde bei Mölln in Schleswig-Holstein schlüsselfertige Lösungen zur Abwasserbehandlung mit Schwerpunkt für die Industrie. In naher Zukunft wird KI immer stärker in die Prozesse eingreifen.
Geschultes Personal ist rar geworden. Dennoch muss derzeit in der Regel ein Mensch die Parameter vorgeben. Das bedarf einer gewissen Erfahrung bei der Menge von möglichen Einflüssen. Abhilfe kann eine verbesserte KI liefern. Sie soll aus den Messwerten lernen und eigenständig Schlüsse ziehen, die vielleicht sogar zu besseren Ergebnissen führen als die menschliche Steuerung.

Typisch deutsch: Regulatorik

Mit dem Transfer der Entwicklungen in kommunale Anlagen hat TIA ebenfalls Erfahrung. „Es ist zwar nicht der gleiche Ansatz, aber man muss Kosten und Bedienung einfach halten“, erläutert Blanke. Eine Pilotanlage wurde für dezentrale Lösungen entwickelt. Folglich wird bereits beim Betreiben der Anlage stark auf Automatisierung gesetzt. Auch die inzwischen verbreitete vorausschauende Wartung erkennt Blanke „als eine rudimentäre KI“ an.

„In Deutschland leidet man stark unter Regulatorik“, schildert Blanke die Lage, „die Novellierungen treiben die Betreiber an die Belastungsgrenze.“ Zudem ist es deutlich schwieriger geworden, ausgebildetes Personal zu finden. Viele Anlagen von TIA laufen auch im Ausland. „Da ist das mangelnde Wissen beim Bedienpersonal ein Problem.“ Vor allem in der Abwasserreinigung kommt man nicht mit dem Blick auf wenige Ursachen aus. So drängt sich die Lösung geradezu auf, besseres Wasser mit Hilfe von KI zu erzeugen.

Der smarte Assistent ist neu im Geschäft: KI kann Tätigkeiten und Arbeitsschritte ersetzen, sie kann die Prozessführung übernehmen und für Anpassungen sorgen. Kurz: Sie nimmt dem Kunden Arbeit ab und bringt eigene Erfahrung mit ein. Grundsätzlich kann sie auch die nächste Pandemie erkennen: Man muss ihr nur erklären, auf welche Parameter sie achten soll.

Aktuell werden automatisierte Regelungsmechanismen und vorausschauende Datenanalyse genutzt. Die automatisierte Prozesssteuerung ermöglicht die Grenzwertüberwachung und das Störfallmanagement. Die vorausschauende Wartung geht einher mit einer kontinuierlichen Analyse der Betriebsdaten. In naher Zukunft kann auch die KI-basierende Detektionsmethode für Mikroplastik und andere Schadstoffe genutzt werden. „Die Rolle von KI wird stärker werden“, davon ist Blanke überzeugt.

Dabei sind die Lösungen für Container oder Betonbecken einfach zu installieren. Sie werden beispielsweise bei einer Teichkläranlage vorgeschaltet oder sie können in Bedarfsphasen wie Extremwetterlagen Spitzen abfangen. Es sind nur wenige Maschinen nötig, die zudem einen geringen Energiebedarf haben. Bei hoher Zuverlässigkeit und mit dem Einsatz von wenig oder gar keinem Personal bleiben die Betriebskosten gleich. Aus dem Bedarf der Industrie ist auch die Erfahrung mit saisonal bedingter Nutzung oder mobile Anlagen zum temporären Einsatz vorhanden.

Der Kosten-Nutzen-Faktor

Speziell für die Anforderungen kleiner Gemeinden, von Krankenhäusern oder Hotelanlagen konzipiert, können Gemeinden zwischen 300 und 2000 Einwohnerwerten diese Anlagen auch von lokalen Unternehmen aufbauen lassen. Die Anlagen ermöglichen eine vollbiologische Reinigung. Mit der optionalen Integration einer UV-Entkeimung kann das gereinigte Wasser zur Bewässerung und bei Einsatz der Membrantechnik sogar als Trinkwasser genutzt werden. Die elektrische und pneumatische Steuerung und Überwachung der Anlagen erfolgen zunehmend automatisiert und unter Einsatz von KI, um Grenzwertüberschreitungen oder Störungen eigenständig zu erkennen und zu beheben.

Die Kosten-Nutzen-Analyse fällt je nach Einsatzort unterschiedlich aus. „Bei einer Meerwasserentsalzungsanlage ist eine Amortisation schon nach zwei bis spätestens fünf Jahren möglich“, berichtet Blanke. In Deutschland kann immerhin Kostenneutralität erreicht werden. Wenn man die Eliminierung der Medikamentenrückstände oder Spurenstoffe berücksichtigt, dann kommen weitere wichtige Aspekte zum Tragen.

xTausende von Rechenschritten pro Sekunde sind notwendig, um den Betrieb eines Klärwerks an wechselnde Wetterbedingungen und Energieverfügbarkeit anzupassen. Nach der mechanischen und biologischen Behandlung dient die dritte Reinigungsstufe der Feinreinigung des Wassers. Das kann zum Beispiel eine Lamellenseparation oder eine Sandfilteranlage sein, um die Schwebstoffe und Verunreinigungen zu entfernen. Dann kann das Wasser erneut genutzt werden – in Zeiten von Wasserknappheit eine sehr willkommene Ressourcenausbeute. [ dlu ]