Van lab naar sensor: samen leren over de mogelijkheden

Traditioneel worden voor microbiologische waterkwaliteitsmetingen watermonsters naar het laboratorium gebracht om ze daar te analyseren. De metingen zijn periodiek en de resultaten kunnen enkele dagen op zich laten wachten. Wat als sensoren voor continue betrouwbare meetreeksen kunnen zorgen? En als early warning systeem bruikbaar zijn? Onderzoek met een breed consortium en acht pilots met drink- en industriewater tonen de eerste resultaten. “In zo’n ontwikkelfase zit je dicht op elkaar en steek je veel op van ieders ervaringen”, aldus Leonie Marang van Evides.

Onlangs is het TKI-project ‘Microbiologische waterkwaliteit snel in beeld’ afgerond. Hierin zijn praktijkervaringen opgedaan met vier bestaande sensoren die elk op een andere manier de microbiologische waterkwaliteit analyseren: het aantal bacteriecellen (BactoSense, bNovate), de actieve biomassa (BugCount Guardian, LuminUltra), de enzymactiviteit van bacteriën (BACTcontrol, microLAN) of de aanwezigheid van voedingsstoffen voor bacteriën die de snelheid van biofilmvorming bepaalt (CBM, Milispec BV).

Vinger aan de pols

“Als drinkwaterbedrijf wil je weten of deze sensoren al zo ver zijn om in je bedrijfsvoering toe te passen”, zegt Marang. “Bij het vernieuwen of aanpassen van processen zou je zo beter de vinger aan de pols kunnen houden dan met de gebruikelijke analyses in het lab.” KWR-onderzoeker Nikki van Bel vult aan: “Bij enkele buitenlandse drinkwaterbedrijven maakt men al gebruik van sommige sensoren die we hebben getest. Maar daar wordt vaak chloor aan het drinkwater gedoseerd. Chloor doodt de microbiologie af, je kijkt dan naar heel andere processen. Daarom is het goed om ook in de Nederlandse situatie – zonder chloordosering – de sensoren onder de loep te nemen en te verkennen wat deze technieken voor onze drinkwatersector kunnen betekenen.”

Praktische hobbels

In het project was Evides de eerste pilotlocatie. De sensoren, met uitzondering van de BugCount Guardian (de sensor die de actieve biomassa meet), zijn getest op een drinkwaterproductielocatie. Marang: “We deden zelf al onderzoek naar de effecten van een aanvullende zuiveringsstap tijdens drinkwaterproductie. De vraag was wat de sensoren ons daar extra over konden vertellen.” Voordat de sensoren hun werk konden doen, moesten praktische hobbels worden overwonnen, vertelt Marang. “Bijvoorbeeld op het gebied van ICT. We liepen vooral tegen het feit aan, dat we als drinkwaterbedrijf goed zijn beveiligd. Maar je wilt de sensoren natuurlijk wel aan het internet hangen, zodat je op afstand naar de resultaten kunt kijken. Uiteindelijk is dat goed geregeld, maar het is beslist iets om rekening mee te houden”. Ook het omgaan van de operators met de sensoren vroeg om oefening, zegt Van Bel. “Zoals het wisselen van glazen buisjes of weten hoe de verschillende sensoren aangestuurd en gecontroleerd moeten worden. Op grond van de ervaringen zijn zo nodig aanpassingen aan de sensoren doorgevoerd die vervolgens op dezelfde of de volgende pilotlocatie zijn getest. Zulke lessen uit de praktijk zijn voor de leveranciers ook heel nuttig.”

Signaalwaarde

Uit pilots bij uiteenlopende drinkwaterbedrijven blijkt de meerwaarde van de sensoren per locatie te verschillen. “Bij Evides kwamen bijvoorbeeld de resultaten van de BactoSense goed overeen met die van de labmetingen”, zegt Van Bel. “De resultaten van de BACTcontrol konden we wat minder goed plaatsen. Als laatste pilot zijn de sensoren op een vernieuwde productielocatie van Oasen getest. Hier konden we de resultaten van beide sensoren goed koppelen aan operationele veranderingen van de zuivering.” Die locatieafhankelijkheid maakt het lastig om de locaties één-op-één met elkaar te vergelijken en om bijvoorbeeld tot een universele signaalwaarde te komen, legt de onderzoeker uit. “Wat een normale waarde is voor het ene drinkwater, is erg hoog voor het andere drinkwater. We konden vaak wel verklaren waarom je met een sensor een toe- of afname in het aantal bacteriën ziet, maar in dit project was het geen early warning systeem waarop je actie gaat ondernemen. Daarnaast voldoet het water op productielocaties van drinkwater natuurlijk aan de richtlijnen. Op plekken waar de metingen zijn verricht, zijn de wettelijk voorgeschreven parameters tijdens de projectduur niet overschreden. Dat maakt het zoeken naar zo’n signaalwaarde erg lastig.”

Vervolgproject

Op grond van de resultaten ziet Evides nog geen permanente toepassing voor de sensoren op productielocaties, vertelt Marang. “Maar we kijken nog steeds hoe we de sensoren wel kunnen gebruiken. In het vervolg TKI-project “Piekgestuurde bronopsporing waterkwaliteit Maas”, dat vorig jaar is gestart, willen we de BACTcontrol-sensor testen op oppervlaktewater dat wordt ingenomen als ruw water om drinkwater van te maken. Bij goede prestaties zouden we hiermee een handelingsperspectief kunnen hebben om op grond van microbiologische parameters te sturen op het al dan niet innemen van water uit de Maas.”

Industriewater

Ook voor industriewater blijken de sensorprestaties nauw samen te hangen met het type waterbron en hoe het watersysteem in elkaar zit. Nienke Koeman, onderzoeker bij KWR, begeleidde dit onderdeel van het project. “Bij Dow in Terneuzen en bij BASF in Antwerpen faciliteerden wij in de uitvoering van de pilots en hebben we de data uitgewerkt. Bij Dow bleek de BactoSense bruikbare informatie te geven in het geteste systeem. Bij BASF was de BACTcontrol beter geschikt. Het is echt maatwerk.”

Frequenter en meer direct monitoren

Bij Dow zijn alle vier de sensoren uitgetest op koelwater, vertelt Niek van Belzen, werkzaam bij deze producent van onder meer kunststoffen en chemicaliën. “Het koelwater gebruiken we in onze koeltorens. Dit koelwater bestaat uit voorbehandeld oppervlaktewater en gezuiverd effluent van onze biologische waterzuiveringsinstallaties. In de warmtewisselaars bestaat de kans op biologische aangroei, wat we tegengaan door het doseren van chemicaliën. Vanuit onze duurzaamheidsdoelstellingen willen we dit chemicaliëngebruik terugdringen. Daarnaast streven we naar steeds meer waterhergebruik. Daarom zoeken we naar manieren om de microbiologische waterkwaliteit van koelwater frequenter en meer direct te monitoren. Sensoren zouden daarvoor een goede oplossing kunnen zijn.”

Positieve resultaten

Van Belzen vertelt dat Dow al veel gebruikmaakt van sensoren, maar microbiologische sensoren zijn nieuw. “Uiteraard zijn de condities van industriewater anders dan van drinkwater. Zo bevat ons koelwater meer micro-organismen. Ik was positief verrast over de uitkomsten. We hebben goed zicht gekregen in de data die door de verschillende sensoren worden gegenereerd. En wat voor ons waardevolle informatie zou zijn. Zo gaf de BactoSense het meest directe resultaat. Hiermee konden we goed zien wat de gevolgen waren van veranderingen in ons proces. Zodra we een andere bron aan het koelwater toevoegden, zagen we dit meteen terug in de metingen. Dat is heel wat gevoeliger dan de labmetingen, die we eens per week doen. Bovendien bleek deze sensor ook goed te scoren in robuustheid en betrouwbaarheid. We konden hem onverstoord lange tijd achter elkaar laten draaien, zonder ernaar om te kijken.”

Veel kennis opgeleverd

Na afloop van het project heeft Dow de BactoSense nog een tijd in gebruik gehouden om ook andere waterstromen door te meten, zoals het water in opslagtanks. “We wilden ook hiervan de bacteriologische waterkwaliteit weten”, vertelt Van Belzen. “Het hele traject heeft ons heel veel kennis opgeleverd. We waren vooral geïnteresseerd in de mogelijkheden voor de middellange en lange termijn. Voordat we zo’n sensor aanschaffen, moeten we eerst zicht hebben op de kosten en baten. En we moeten afwegen hoe dringend nodig het is. Zo’n TKI-project als dit, maakt het mogelijk om tegen relatief lage investeringen in tijd en geld heel veel data te genereren. Met een kennisinstituut als KWR kun je daar veel meer informatie uit halen dan alleen. Daarom is dit soort onderzoek heel geschikt om te kijken hoe we onze processen kunnen verbeteren. Niet alleen in Terneuzen, maar ook wereldwijd. We blijven de ontwikkelingen van de microbiologische sensoren goed volgen.”