Innovativa online sensorlösningar för säker dricksvattenleverans

Transkript

1 Innovativa online sensorlösningar för säker dricksvattenleverans Per Jonsson, FOI Totalförsvarets forskningsinstitut Helena Stavklint, Tekniska verken i Linköping helena.stavklint@tekniskaverken.se

2 Sensation III VINNOVA UDI Projektdeltagare (29 parter) Organisation Norrvatten 1 Trollhättan energi 1 Kretslopp & Vatten (Göteborg Stad) 1 Sydvatten 1 Tekniska verken i Linköping AB Norrköping Vatten och Avfall Växjö kommun Vivab 1 Volvo 1 GKN Siemens Nordic Lubricants/ Castrol Nynas GBG SSAB 1 Bodycote Roll i projektet Kravställare dricksvatten Kravställare dricksvatten Kravställare dricksvatten Kravställare dricksvatten Kravställare dricksvatten Kravställare dricksvatten Kravställare dricksvatten Kravställare dricksvatten Kravställare industri Kravställare industri Kravställare industri Kravställare industri Kravställare industri Kravställare industri Kravställare industri Organisation SETEK Cactus Vinnter Alcontrol Luode Sense2bits Acreo Swedish ICT 1 SICS Swedish ICT 1 IVL 1 Swerea IVF Swerea Kimab 1 Linköpings universitet 1 FOI Chalmers DRICKS 1 1 Deltog i SENSATION II Roll i projektet Producent Producent Producent Producent Producent Producent Utvecklare Utvecklare Utvecklare Utvecklare Utvecklare Utvecklare Utvecklare Kompetenscentra

3 Sensation III VINNOVA UDI WP2 delfinansierat av SVU Dricksvatten Industriellt vatten WP1 Råvattenkvalitet WP2 Dricksvattennät WP3 Skärvätskor WP4 Metaller i industriprocessvatten Automatisk dosering av fällningskemikalier Diagnostik och larmalgoritmer WP5 Produktifiering och Systemintegration Generisk säkerhetsanalys av distribuerade sensorer WP6 Kommersialisering och Generalisering WP7 Projektkoordinering

4 Dricksvattenrelaterade utbrott -Sverige 78 utbrott Ca smittade personer Orsaker: Calicivirus (44%), Campylobacter (17%), E. coli (14%), Cryptosporidium (8%) och Giardia (5%) och okänt (54%) Största utbrotten i Östersund och Skellefteå (Cryptosporidium) Dricksvattenrelaterade utbrott (Sjukdomsutbrott orsakade av dricksvatten, Folkhälsomyndigheten 2015)

5 Orsaker Förorening av råvattnet vanligast (38 %) - Grundvatten (flest antal utbrott) - Ytvatten (flest antal smittade) Störning i vattendistributionssystemet näst vanligast (13 %) Korskopplingar, inträngning av föroreningar pga tryckfall, läckage in i reservoarer

6 Tekniska verkens vision Intellektuellt nät för säker dricksvattenleverans med hög kvalitet

7 Önskemål från referensgrupp Detektera allt farligt sjukdomsframkallande bakterier kemikalier Mäta in-situ på huvudflödet Mäta kontinuerligt Reagensfritt Kräva lite service/underhåll Kopplat till överordnat system Billiga (många behövs)

8 Sensationsensorerna Teknik Elektronisk tunga LiU Flödescytometer RISE Acreo Elektronisk näsa LiU Distributionsnät Kemiska avvikelser, (indikation på fekal påverkan) E. coli döda och levande (indikation på fekal påverkan) Kemiska avvikelser, (indikation på fekal påverkan) Medium känslighet In-situ möjlig Ev. hög känslighet Inte in-situ Har reagens Inte kontinuerligt Ev. mkt hög känslighet Inte in-situ Inte kontinuerligt

9 Elektroniska tungan Strömresponsens utseende beror på vilka kemiska ämnen som finns i vattnet och vilka halter de har. För att kunna skilja på olika ämnen används spänningspulser med olika amplitud, ett s.k. pulståg av excitationsspänningar, samt arbetselektroder av olika material (Au, Pt, Rh). Mätelektroniklåda

10 Scenarier DRICKS/Chamlers tog fram 3 scenarier 1. Tryckfalls-scenariot (litet inläckage) Inträngning i ledningsnät vid lågt tryck/tryckfall 0,05 % spillvatten i ledningen, motsvarar ca 5-50 CFU/100ml E.coli 2. Everöd-fallet inträngning av spillvatten förorenat dagvatten i reservoar 0.7 % spillvatten i ledningen, motsvarar ca 700 CFU/100ml E.coli 3. Nokia-fallet (värsta fallet) med inpumpat avloppsvatten i dricksvattennätet 10 % renat spillvatten, motsvarar ca 5000 CFU/100ml E.coli E.coli-halten antas vara 10 5 /100 ml för spillvatten E.coli-halten antas vara /100 ml för renat spillvatten

11 Flotationshuset Tekniska verken Födescytometer (Acreo) Vatten från brutet system Elektronisk tungor (LiU) Testerna genomfördes på avloppsverket i Nykvarn, Linköping under drygt 2 månader Elektronisk näsa (LiU)

12 Referenssensorer Totalt kloröverskott Konduktivitet ph Spectro::lyser (Luode) 15 min förlängning

13 Tester i brutet system Normalt användes följande koncentrationer 20 min 0,05% avloppsvatten start kl 10:40 20 min 0,24% avloppsvatten start kl 11:40 20 min 0,70% avloppsvatten start kl 12:40 20 min 3,40% avloppsvatten start kl 13:40 Provtagning och analys vid spikningarna Standard SS :2 Vatten undersökningar Koliforma bakterier, termotoleranta koliforma bakterier och Escherichia coli i vatten koliforma bakterier (35 C) och e.koli (44 C).

14 Mätningar 10 dagar med avloppsprov (varav 2 st för detektionsgräns, dvs lägre koncentration) 2 dagar med syntetisk avloppsvatten 2 dagar med blankprov (dricksvatten) 1 dag med råvatten 50x koncentrerad syntetiskt avloppsvatten L. K. Limbach et al., Environmental Science and Technology, 2008, (15) 42,

15 Resultat analys 25,0 Analys (10 6 CFU/100 ml) 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5, Koliforma E.coli Scenario Växjö CFU per 100 ml Syntetisk avloppsvatten ca 5 gånger svagare signal

16 Exempel på resultat bästa dagen e-tunga särdrag 1 spectro::lyser UV254t (s::can, Loude) condu::lyser conductivity (s::can, Loude) e-tunga särdrag 2 ph::lyser ph (s::can, Loude) Kloröverskott

17 Långtidsstabilitet e-tunga

18 Summering av tester i brutet system Dosering fungerade efter injustering Koncentrationen i avloppsvattnet var hög E.coli halten var ca /100 ml (jfr /100 ml i scenario) Kommunikationen fungerade Till Cactus Eye (4-20 ma/modbus) Till egna system (E-tunga, flödescytometer) Sensorerna fungerade och gav utslag, dock Flödescytometer gav utslag endast en dag E-näsa hade snuva Kloröverskott (total) gav inte tydliga utslag E-tunga den känsligaste sensorn för avloppsvatten.

19 Analysmetod Receiver operating characteristic (ROC)

20 E-tunga med automatisk algoritm Avloppsvatten 5 x Syntetiskt avloppsvatten

21 E-tunga 19/1, 0.01%, 0.05%, 0.03%, 0.1% avloppsvatten

22 ROC för e-tunga, 20 min. med 0.05% avlopp Ingen förbättring då e-tunga fusioneras med ph och konduktivitet

23 Långtidsmätning i Linghem (tryckstegring) Snabba temperaturvariationer slår igenom på E-tungan

24 Rapportering Generisk säkerhetsanalys av distribuerade sensorer - Ioana Rodhe (FOI) och Amund Hunstad (FOI) Rapport om resultat från analys av historiska data - David Lindgren (FOI), Sofia Andersson (IVL), Malin Asplund (Tekniska Verken), Per Jonsson (FOI), Saeed Mokhlesi (Chalmers) Elektronisk tunga och andra onlinesensorer för detektion kemiska och biologiska föroreningar på dricksvattennätet SVU-rapport i början av 2018.

25 Framtid Vidareutveckling krävs innan man kan installera e- tunga på nätet Material i trycksatta nätet Montering i det trycksatta nätet CE-märkning, EMC-testning etc Mer testning av sensorn under varierande förhållanden Anpassning av larmalgoritm vid varje mätplats Tekniska verken har för avsikt att stödja utvecklingen och testa e-tungan Inom DRICKS E-tungan är på gång att kommersialiseras av sense2bits AB,