Im Projekt DynaWater4.0 sollen, auf der Grundlage des Konzepts „IndustrieWasser 4.0“ Modelle und Cyber-physische Systeme (CPS), Sensornetze, Datenplattformen sowie Komponenten von industriellem Wassermanagement und industrieller Produktion miteinander vernetzt werden. Dies wird an konkreten Beispielen der Branchen Chemie, Stahl und Kosmetik demonstriert und bewertet. Dabei reicht der Grad der Vernetzung von der digitalen Verknüpfung von Prozessen innerhalb eines Unternehmens über den Standort bis zur Einbindung der kommunalen (Ab)Wasserwirtschaft. Zusätzlich soll gezeigt werden, wie auch andere Branchen diese Ergebnisse verwerten können. So lässt sich die digitale Zusammenarbeit zwischen industriellem Wassermanagement und Produktion auf unterschiedlichen Ebenen beispielhaft darstellen:
Ziel im Anwendungsbeispiel „Chemie“ ist die Erstellung eines industriell anwendbaren Vernetzungskonzeptes von optimierter Abwasserbehandlung und dynamischer Produktion am Beispiel der Chemieproduktion. Dazu sollen im Projekt an ausgewählten Produktionsanlagen des Industrieparks Marl Prozessdaten abgeschätzt und durch die Kopplung der Produktion, der industriellen Abwasserbehandlung und der Online-Messtechnik zu einem modellbasierten Ansatz der Optimierung führen. Die Demonstration im industriellen Umfeld einer Chemieproduktion soll zur Validierung des Modells herangezogen werden. Ergebnis soll ein digitaler Zwilling für beide Kläranlagen am Standort sein, der Handlungsempfehlungen zur Anlagensteuerung mit einer Vorlaufzeit von einigen Stunden anzeigen kann und mit denen Belastungsszenarien prognostiziert werden können.
Die Arbeiten können die Basis für einen zukünftigen abwassertechnischen Verbundbetrieb des komplexen Industrieparks Marl liefern. Angestrebt wird auf Dauer ein Optimum an Abwasserbehandlung zur Schonung des Vorfluters unter Berücksichtigung der Minimierung von Energie und dem Einsatz von Hilfsstoffen. In den kommenden Jahren erfordern starke Veränderungen in Menge und Zusammensetzung des Abwassers am Standort Marl den Bau einer Vorbehandlungsanlage. Ergebnisse aus den Projektarbeiten sollen es ermöglichen, eine Vorbehandlungsanlage regelungstechnisch optimal in den Gesamtbetrieb Abwasser zu integrieren und so dynamische Fahrweisen der Klärtechnik in der Interaktion mit der Produktion zu ermöglichen.
Ziel im Anwendungsbeispiel „Stahl“ ist die Entwicklung eines Umsetzungskonzeptes und die Grundzüge für ein Vorhersage-Tool zur Prognose des Prozesswasseraufkommens in der zweistufigen Behandlungsanlage auf Basis der Produktionsplanung bei stark variierenden Produktionsprogrammen zur Flexibilisierung der Produktion- und Prozesswasserbehandlung. Hierzu werden exemplarisch die Prozesse Produktion und Prozesswasserbehandlung funktional abgebildet und miteinander verknüpft. Grundvoraussetzung ist die Erfassung relevanter Parameter, insbesondere der Säurekonzentration und Säure- und Spülwasser-Volumenströme mit betrieblich geeigneter MSR-Technik sowie die Abbildung der relevanten Prozesse. Weitere Ziele sind die Entwicklung neuartiger Module zur Detailbeschreibung des Prozesswasseraufkommens am Beispiel einer Beizlinie unter Einbeziehung von Instandhaltungsmaßnahmen (predictive maintenance) sowie Erarbeitung von Steuerungsmöglichkeiten der Prozesswasserbehandlung (Neutralisation, biologische Prozesswasserbehandlung) auf Basis der Prognose des Prozesswasseraufkommens.
Ziel im Anwendungsbeispiel „Kosmetik“ ist es die durchgängige digitale Kopplung einer chemisch-physikalischen Abwasserbehandlungsanlage mit Betriebszuständen der Produktion der Firma Kneipp zu demonstrieren und begleitend vor allem den Nutzen für den Produktionsbetrieb aufzuzeigen. Durch die direkte Rückkopplung von aktuellen Produktionsdaten wird eine bedarfsgerechte Dosierung von Wasserchemikalien möglich. Damit soll in betriebswirtschaftlicher Hinsicht einerseits der Betriebsaufwand deutlich reduziert werden. Im Vergleich: derzeit werden Produktionsdaten in den Betrieb der Abwasserbehandlungsanlage nur dann einbezogen, wenn der Betreiber eine Veränderung der Qualität des behandelten Wassers beobachtet. In solchen Fällen wird mündlich in der Produktion angefragt und ggf. daraufhin die Wasserchemikaliendosage verändert. Andererseits sollen die Wasserchemikalienverbräuche insgesamt durch die Rückkopplung mit den Produktionsdaten und die dadurch mögliche bedarfsgerechte Dosierung, auch verschiedener Wasserchemikalien, reduziert werden. Dies birgt ein weiteres enormes Einsparungspotential für den Anwender.
In ökologischer Hinsicht werden die zu erwartende bessere Qualität des behandelten Wassers durch die bedarfsgerechte Dosierung und auch die reduzierte Aufsalzung des Wassers durch die Einsparungen an Wasserchemikalien zu einem besseren Zustand der Gewässer beitragen.