Onlinemätning av mikrobiologisk påverkan i råvatten, beredning och ledningsnät Johanna Hilding Processingenjör Trollhättan Energi AB
Överby vattenverk Förser Trollhättan med omnejd med dricksvatten. Årlig produktion 4,8 Mm 3 Produktionstid ca 24 timmar vid normalförbrukning. Råvatten från Göta Älv. Höga flöden i råvattentäkt Påverkat råvatten
Dricksvattenrelaterade utbrott i Sverige En utredning som Folkhälsomyndigheten gjort visar att mellan 1992 och 2011 har man kunna identifiera 78 dricksvattenrelaterade utbrott. Förorening av råvattnet rapporterades vara orsak till 38% av utbrottet och vattendistributionssystemet för 13%. 2 eller 3 bidragande faktorer för 6% och okänd orsak för 41%. Orsaken till smitta för kända utbrotten var Calicivirus (20%), Campylobacter (8%), E.coli (6%), Cryptosporidium (4%) och Giardia (3%) och i 54% av fallen var orsakande mikroorganismen okänd.
Sensation Hållbara Attraktiva Städer Rent Vatten åt Alla! SENSATION III Online sensorsystem för resurseffektiv vattenhantering fokuserar på övervakning av råvatten, dricksvattenkvalitet samt tjänster för drift av vattenverk och övervakning av industriellt processvatten.
Sensation Vision och mål Hållbara Attraktiva Städer Rent Vatten åt Alla! Vi skall ta fram system som levererar resurseffektiv och säker vattenhantering. Vår helhetslösning består av innovativa sensorlösningar och tjänster för onlinemonitorering i realtid av vattenkvalitet. Säkra system för både produktion och distribution av rent vatten med tidig varning för att snabbt kunna analysera och åtgärda vid problem. Våra lösningar exporteras på en global marknad.
Sensation I steg 1: Genomfördes 2011 Identifiering av behov, krav och intressenter I steg 2: Genomfördes 2012-2014 Prototyper togs fram för utvärdering. Några fälttester I steg 3: Pågår Robustifiering och fälttester på flera platser Utvärdering och kommersialiseringsanalys
Projektdeltagare steg 3 1 Deltog i SENSATION II
Planering steg 3
Fältstudier 2016-2017 Råvatten (Norrvatten, Trollhättan Energi, Sydvatten) Dricksvatten (Tekniska verken) Elektroniska näsan (Diesel) Elektroniska tungan (Kemiska avvikelser) Flödescytometer (E.coli) Ultraviolett fluorescens (Olja/kolväteföreningar)
Fältstudier 2016-2017 DRICKS har tagit fram tre scenarion med olika nivåer för olika typer av inläckage av spillvatten/avloppsvatten: Normalfall (Minsta inläckage) Inträngning i ledningsnät vid lågt tryck/tryckfall 0,05 % (spillvatten i ledningen) ger 5-50 CFU/100ml E.coli Everöd-fallet inträngning av spillvatten förorenat dagvatten i reservoar, 0.7 % (spillvatten i ledningen) ger 700 CFU/100ml E.coli Nokia-fallet (värsta fallet) med inpumpat avloppsvatten i dricksvattennätet, 10 % (renat spillvatten) 5000 CFU/100ml E.coli
Tack!
Elektronisk tunga elektrokemisk detektion Sliptungan 1 eller flera ringelektroder (Au, Pt, Rh), diameter 1 mm Kontinuerlig slipning av arbets och motelektrod för att minska problem med beläggningar. Standardtungan 4 arbetselektroder (Au, Pt, Rh), diameter 1 mm Motelektrod & sensorhölje: Rostfritt stål (316L, 1.4435 ), diameter 15 mm, längd 150 mm Microelectrode array (Au) Working electrode: Hexagonal array of 188 gold microdisks, diameter 10 15 µm, spaced by 250 µm; substrate p silicon, passivation layer SiO2 and Si3N4. Counter electrode & sensor body: Stainless steel (316L, 1.4435 ), diameter 12 mm, length 100 mm
Elektronisk tunga resultat och utmaningar Resultat tidigare projekt Tekniken kompatibel med onlinemätningar i fält Detektionsgräns för avlopp, ca. 1000 ppm Viss störningskänslighet Utmaningar Sensation III Pressa detektionsgränsen, i första hand mot 100 ppm Minska känsligheten för 50 Hz störningar Trycktålig prob Enklare och billigare elektronik Flödessystem som inte slammar igen alternativt rengöringssekvens.
Onlinesystem för tidig varning av fekal påverkan i råvatten baserad på flödescytometri och E.coli som indikatorbakterie Mätprincip: Fluorescens taggade antikroppar används för specifik inmärkning av E.coli i råvatten Optisk detektion (NIR området) används för att kontinuerligt räkna antalet fluorescerande bakterier Mätinstrument från Sensation II
Resultat och slutsatser från tidigare projekt: Bytet av våglängdsområde (synligt NIR) löste problem med bakgrundsfluorescens från blågröna alger och annat biologiskt material Fälttester på Trollhättan visade att systemet fungerar bra i den miljön och inkoppling mot råvattenledning genomfördes Systemet presterar bra vid estimering av koncentration E.coli i preparerade prover (direktinmärkta, labb) Vi kunde se en tydligt skillnad mellan råvatten och renat avloppsvatten men nivåerna dock mindre skillnad än förväntat Utmaningar inför nästa steg (fas III): Instrument sidan: Öka provgenomströmningen (idag typiskt 1 2 ml /min) Automatisera mätsystemet Optimering av ingående steg; detektor, mixning, signalbehandling, flödescell Mer robust design Bio kemi: Ökad specificitet för fluorescens märkningen: o Affinitetsrening av befintliga antikroppar o Minimera ospecifik bindning genom optimerad blockering (BSA) o Framtagning av monoklonala antikroppar (dyrt) Mätning på renat avloppsvatten med och utan tillsatt reagens Jämförelse mellan uppmätt koncentration E.coli i flödescytometer och manuel räkning i mikroskop
Mätning av diesel i råvatten med elektronisk näsa Princip: Mätuppställningen överför diesel som är löst i råvatten till en luftström (i en gas/vätskeseparator) som leds till en gassensormatris (elektronisk näsa). Teoretiskt förväntar vi oss att fasövergången vätska till gas kan öka koncentrationen upp till 1000 ggr. Eftersom sensorerna har en känslighet ner till ett fåtal ppm bör systemet därför kunnat mäta lösta ämnen ner till låga ppb-området. Valve Pump Gas/Liquid separation Gas sensors Data treatment Presentation of results Air Ref. Sample
Resultat (på labb): Detektionsgräns: 2 5 ppb diesel i råvatten (5 ppb var målet). Sensorsignalen ökar linjärt med dieselhalten. Viss klassificering är möjlig (vi har testat diesel och etanol) Humusämnen ser inte ut att störa mätningarna (vilket typiskt är ett stort problem hos kommersiella fluorescensmätare). Nuvarande projektläge: En första prototyp är framtagen och har efter Sensation II testats på Görvälnverket (Norrvatten) med samma detektionsgräns (1-5 ppb diesel) som på labb. En andra generationens, robustare prototyp har börjat planeras. Ska i Sensation III även testas för avloppsdetektion (indikation på fekal påverkan).
Ultraviolett flourescens UVF UVF prob monterad i flödande vatten på Ringsjö vattenverk. Både UV ljus från en excitationskälla (infallande) och fluorescens (signal) leds med optiska fibrer utgående från en centralenhet. Mätproben utgörs av en ca. 10 cm lång stav av rostfritt stål, där de optiska fibrerna mynnar några cm under vattenytan
Ultraviolett flourescens UVF UVF utmärks av mycket hög känslighet ned till enstaka ppb PAH i rent vatten. En komplikation är dock att även biologiska substanser i vatten (humus, alger) fluorescerar kraftigt, vilket ger signaler som överlappar den från olja. För att kunna separera olja från biologiskt material krävs därför multispektral detektion i ett flertal spektralområden ( optiska fönster ) och kvalificerad signalbehandling. Detta utvecklas i Sensation III. Sensation II visade att tekniken är kompatibel med mätningar i fält.