Maschinelles Lernen für sauberes Trinkwasser

Forscher des Georgia Institute of Technology und der East China Normal University haben eine kostengünstige Lösung zur richtigen Dosierung von Chlor in ländlichen Trinkwasseraufbereitungsanlagen außerhalb der hochindustrialisierten Länder entwickelt.

Sie setzen Algorithmen des maschinellen Lernens ein, die sich bei der Erreichung des Ziels als wirksam erwiesen haben.

Korrelationen identifiziert

Durch die Identifizierung von Korrelationen zwischen zahlreichen Variablen in komplexen Systemen lässt sich der Chlorrestgehalt genau vorhersagen, selbst aus kostengünstigen Überwachungsdaten mit geringem technischem Aufwand. In den besagten kleinen Anlagen wird die Menge an Chlorverbindungen, die Keime abtöten sollen, bislang oft nach Erfahrungswerten und Bauchgefühl bemessen, nicht aber nach exakten Messergebnissen.

Die Daten für die Chlor-Prognose haben die Forscher in einer Trinkwasseraufbereitungsanlage in Georgia gesammelt, die technisch optimal ausgestattet ist. Sie umfassen eine Vielzahl von Wasserparametern wie Temperatur, Trübung und pH-Wert sowie betriebliche Prozessdaten, vor allem die Durchflussmenge. Anhand dieser Infos haben die Forscher die Prognose-Software trainiert, wobei sie den Einfluss einiger Parameter verstärkten oder schwächten.

Trefferquote bei 93,7 Prozent

Als Ergebnis kamen vier Modelle heraus, die die Forscher getestet haben, indem sie deren Ergebnisse mit den real gemessenen verglichen. Die beste Version zeigte eine Übereinstimmung von 93,7 Prozent. Ein wichtiger Indikator für die Desinfektionseffizienz ist der freie Chlorrückstand (FCR), der indirekt die Desinfektionsleistung zur Verhinderung einer erneuten mikrobiellen Verschmutzung während des Durchlaufs des Wassers durch die Aufbereitungsanlage und im Frischwasserleitungssystem erfasst, über das die Kunden versorgt werden.

Ist der FCR zu klein, kann es auf dem Weg zum Abnehmer erneut zur Keimbildung mit der Gefahr akuter mikrobieller Erkrankungen kommen. Es wäre allerdings wünschenswert, wenn die Gefahr sicher gebannt würde, ohne zu viel Chlor einzusetzen. Die dafür nötige Messtechnik ist für kleine Trinkwasseraufbereitungsanlagen jedoch zu teuer – bislang jedenfalls.

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