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Zivile Sicherheit – Straßburg überwacht seine Wasserqualität bereits online

Wasser trinken, Hände waschen, Zähne putzen und Essen kochen. Millionen Großstädter versorgen sich aus den denselben Leitungen mit Trinkwasser. Stadtwerke und Wasserbetriebe überprüfen täglich die Qualität. Denn schon wenige Tropfen Gift im Trinkwasser könnten verheerende Folgen haben, innerhalb weniger Stunden hätten die toxischen Stoffe unzählige Verbraucher erreicht. Im deutsch-französischen Projekt „SMaRT-OnlineWDN“ (Online Security Management and Reliability Toolkit for Water Distribution Networks) hat das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) mit Partnern aus Industrie und Forschung neue Werkzeuge entwickelt. Sie versetzen Wasserversorger in die Lage, rasch zu reagieren und im Notfall Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Die ständige Analyse des Trinkwassers ist aufwändig. Hier erkannten die Forscher Optimierungsbedarf und entwarfen Online-Simulationen, um den Weg des Wassers zu berechnen. Diese diffizile Aufgabe erklärt der Karlsruher Experte für Strömungsmodelle, Dr. Thomas Bernard, so, in einem Trinkwassernetz sei die Strömung nicht überall gleich: „Sie ändert sich abhängig vom Druck in den Leitungen, dem Durchmesser und der Geometrie der Rohre sowie der Zahl der Verbraucher. Dort, wo sich das Leitungssystem verzweigt, bilden sich häufig Turbulenzen und chaotische Strömungen.“ Die Forscher entwickelten einen Algorithmus, der anzeigt, wo Sensoren optimalerweise platziert werden, um Verschmutzungen im System frühzeitig zu erkennen. Messungen fließen in ein Online-Simulationsmodell ein, das im Alarmfall die Quelle der Kontamination lokalisiert und ermittelt, wohin sich die Verunreinigung in den nächsten Stunden ausbreiten wird. Die lernfähige Software gleicht aktuelle Messwerte ab wie die Trübung, die Temperatur und die bakterielle Belastung des Wassers. Werden kritische Werte erreicht, schlägt das System nicht sofort Alarm, sondern sucht zuerst nach möglichen Ursachen. „Mehr als 90 Prozent aller Anomalien gehen auf veränderte Betriebszustände zurück und sind kein Grund zur Beunruhigung“, erläutert Bernard.

„SMaRT-OnlineWDN“ überwacht bereits in Echtzeit die Straßburger Wasserqualität im Netz. Die Datenbasis liefern hydraulische und Wasserqualitätssensoren im Leitungsnetz. Künftige Modelle sollen noch mehr können: Im deutsch-französichen Projekt „ResiWater“ wird gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) die Sensortechnik verbessert werden. Das IGB arbeitet seit vielen Jahren an einem Biosensor AquaBioTox aus lebenden Zellen, die fluoreszieren. Bei Kontakt mit toxischen Stoffen verringern die Bakterien die Intensität der Fluoreszenz. Gegenwärtig wird die vollautomatisierte Version von AquaBioTox entwickelt. „ResiWater“ arbeitet darüber hinaus an der besseren IT-Sicherheit von Trinkwassersystemen und an einem verbesserten Alarmgenerierungs-Modul. Das verbesserte Sicherheitssystem soll in Zukunft neben den Straßburger auch die Pariser Trinkwasserleitungen kontrollieren.

Weitere Informationen:
SMaRT-OnlineWDN http://www.iosb.fraunhofer.de/servlet/is/30360/
AquaBioTox http://www.iosb.fraunhofer.de/servlet/is/16897/

Foto: Online-Überwachung von Trinkwasserleitungen:Der biologische Breitbandsensor AquaBioTox © Fraunhofer IOSB

Die Meldung wurde in Kooperation mit dem idw für das Wissenschaftsjahr 2015 – Zukunftsstadt erstellt.