ToxMate, een technologische doorbraak van ViewPoint, markeert een keerpunt in de directe detectie van micropolluenten in behandeld water van stedelijke en industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties en drinkwaterzuiveringsinstallaties. Een opvallend kenmerk van het meetsysteem is de opmerkelijk precieze temperatuurregeling, het resultaat van een nauwe samenwerking met SMC.
Maar wat is het huidige standaardproces? Waterzuiveringsinstallatiemanagers nemen regelmatig watermonsters, die vervolgens worden verzonden voor fysisch-chemische analyse. Dit systeem heeft een aantal nadelen. Ten eerste kunnen deze gerichte analyses slechts een beperkte selectie van micropolluenten detecteren. Bovendien zijn ze onderhevig aan lange vertragingen, omdat ze niet continu worden uitgevoerd en soms meerdere dagen of zelfs weken duren om resultaten te verkrijgen. De kosten van deze analyses vormen ook een aanzienlijk obstakel. Dit gebrek aan reactievermogen is een serieus probleem: niet alleen worden afwijkingen pas na een aanzienlijke tijdsverloop gedetecteerd, maar ze betreffen ook slechts een beperkt aantal micropolluenten. Het is belangrijk op te merken dat water uit bronnen zoals rivieren of grondwater een grote verscheidenheid aan micropolluenten kan bevatten. Soms kan de combinatie van deze stoffen leiden tot een cocktaileffect, wat resulteert in de vorming van nog schadelijkere verbindingen.
Een revolutie in waterkwaliteitsbeoordeling met ToxMate
Op het gebied van micropolluentendetectie vertegenwoordigt ToxMate een ware revolutie. Hoe werkt deze opmerkelijke innovatie? Geïnspireerd door de natuur is deze uitvinding gebaseerd op de observatie dat waterfauna zeer gevoelig is voor menselijke vervuiling. ToxMate analyseert het gedrag van drie soorten aquatische ongewervelden - vlokreeftjes, bloedzuigers en posthorenslakken - die van nature voorkomen in zoetwateromgevingen. Met behulp van een machine vision-camera analyseert het apparaat hun gedrag in een continue stroom. Als bio-indicatoren tonen deze organismen op betrouwbare en effectieve wijze het niveau van waterverontreiniging aan. Tests ter plaatse hebben de gevoeligheid van ToxMate aangetoond voor mengsels van stoffen, waarbij conventionele fysisch-chemische sensoren beperkt zijn tot gedeeltelijke detectie van de aanwezige moleculen in het water. Deze ongewervelden veranderen hun gedrag, zoals hun positie of bewegingen, in reactie op de aanwezigheid van micropolluenten. Een duidelijk voorbeeld is als ze wegzwemmen, maar er zijn veel andere gedragsveranderingen.
ViewPoint heeft een gedetailleerde kaart van deze gedragingen ontwikkeld in relatie tot specifieke verontreinigende stoffen. Jaren van laboratoriumonderzoek, in samenwerking met INRAE en het gebruik van ToxMate in verschillende omgevingen hebben een aanzienlijke hoeveelheid data opgeleverd. Deze data helpen bij het interpreteren van de aanwezigheid van veel micropolluenten op basis van de reacties van organismen.
Gedrag van ongewervelden geanalyseerd met vision-camera's
Van laboratoriumapparaat tot bewezen industriële uitrusting
Vandaag de dag wordt ToxMate gebruikt in stedelijke en industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties, evenals voor drinkwaterzuivering. Frédéric Neuzeret, Productiedirecteur van ViewPoint, legt uit: "Ons doel was om de analysevoorwaarden te standaardiseren. Alle parameters moesten volledig identiek zijn om het gedrag van aquatische ongewervelden correct te kunnen interpreteren". Er moesten een aantal uitdagingen worden overwonnen, zoals zichtproblemen bij het gebruik van infraroodlicht en temperatuurregeling van het effluent onder verschillende monsternameomstandigheden.
ViewPoint implementeerde samen met SMC een oplossing om de watertemperatuur te regelen met behulp van een koelmachine met een tolerantie van 0,2 graden, voor een doorstroom van ongeveer 1 liter per minuut. Om zo'n nauwkeurige regeling te garanderen, was het niet mogelijk om de temperatuur eenvoudigweg bij de buiswisselaar te meten, dus werd besloten om sondes in het bassin te plaatsen om de kracht van de koeler nauwkeuriger en sneller te activeren. De temperatuur in een tank is gelaagd en de sondes maken een nauwkeurigere temperatuurmeting mogelijk voor optimale controle. De communicatie verloopt via MODBUS op RS-485.
Technische innovaties en nauwe samenwerking
Frédéric Neuzeret beschrijft de technische achtergrond die heeft geleid tot hun nieuwste innovatie: "Om het water dat in de bassins wordt gepompt te koelen of te verwarmen, hadden we een koelmachine nodig. Na een grondige analyse van de markt bleek de oplossing van SMC de beste keuze, niet alleen vanwege de ongeëvenaarde compactheid, maar ook vanwege de uitzonderlijke betrouwbaarheid. Wat SMC echt onderscheidde, was hun technische expertise en ondersteuning bij het ontwikkelen van een op maat gemaakte oplossing. De robuustheid van de koelmachine bleek een belangrijk voordeel te zijn, wat een consistente en betrouwbare prestatie garandeert.
Naast deze uiterst belangrijke aspecten richtte de samenwerking met SMC zich op het ontwerp van een verfijnd en nauwkeurig gesloten-lus temperatuurregelsysteem. Een verfijnd gesloten-lus temperatuurregelsysteem werd vervolgens ontwikkeld. Het is gebaseerd op externe sondes die de energie aangeven die door de koelmachine vereist is. Het gepompte water passeert door een kronkelende buisvormige warmtewisselaar voordat het de testkamer bereikt, waar het wordt geanalyseerd door vision-camera's. SMC voerde de modellering en thermische berekeningen uit om plastic prototypes te ontwerpen en een perfect stabiele oplossing te bereiken. "SMC was zeer reactief. Vooral wanneer we een aanpassing aan het product nodig hadden, omdat de standaard koelmachine alleen interne sensoren gebruikte. SMC kwam zeer snel met een oplossing voor het aansluiten op externe afstandssensoren," concludeert Frédéric Neuzeret.
Het laatste element is de robuustheid van het systeem bij verontreinigd water. Afhankelijk van de toepassing kan filtering noodzakelijk zijn. Overmatige filtering zal gedeeltelijke resultaten opleveren, terwijl onvoldoende filtering kan leiden tot verstopping. De oppervlakken die in contact komen met het water zijn ook aangepast. Een oplossing die werkte, was het gebruik van glas, maar dit was complex om te vervaardigen. SMC stelde daarom een warmtewisselaar van roestvrij staal voor, versterkt met een laag Teflon, omdat 316 roestvrij staal alleen niet voldoende was, vooral voor metaalresiduen.
ToxMate's impact op waterzuivering
ToxMate's impact op de waterzuiveringssector is onmiskenbaar. Waarschuwingen worden geactiveerd wanneer organismen reageren op een toxisch effect in het water, wat verband houdt met de aanwezigheid van micropolluenten, medicinale stoffen of een cocktail van verschillende chemische stoffen. ToxMate-waarschuwingen zijn vrijwel onmiddellijk en worden beschouwd als de meest effectieve op de biomonitoringmarkt, waardoor reactief beheer van toxiciteitspieken mogelijk is. Metingen in real time bieden een enorme meerwaarde voor het handhaven van de kwaliteit van waterzuivering. Daarnaast kan het industriële proces zelf efficiënter en economischer worden beheerst. Waterzuiveringsinstallaties zijn al sterk geautomatiseerd en maken gebruik van digitale technologie, maar ze missen nog steeds real-time informatie over waterkwaliteit om de behandeling te optimaliseren. De hoeveelheden fysisch-chemische producten en energieverbruik zullen ongetwijfeld aanzienlijk worden verminderd. Bovendien kunnen analyses uitgevoerd in samenwerking met ToxMate de kwaliteit van slib dat wordt gebruikt voor agrarische spreiding kwantificeren, zonder gezondheidsrisico's. Het heeft ook mogelijk gemaakt om pompuitzonderingen te verlenen tijdens periodes van watertekort, door de niet-gevaarlijke aard van de geloosde producten aan te tonen. Dit is uiteraard essentieel voor fabrikanten die productieonderbrekingen willen vermijden.
Gemakkelijke integratie en betrouwbare resultaten
Het integreren van ToxMate in bestaande infrastructuren is opmerkelijk eenvoudig. Als de gerichte micropolluenten bekend zijn, is het proces zelfs nog eenvoudiger. Voor afvalwaterzuiveringsinstallaties is de uitdaging groter vanwege de variabiliteit van de stoffen in het water. Desalniettemin worden de verkregen resultaten snel betrouwbaar, wat operators van onschatbare waarde gegevens biedt voor real-time monitoring van waterkwaliteit. Deze vooruitgang vertegenwoordigt een belangrijke stap in de automatisering en digitalisering van waterzuiveringsinstallaties, en biedt meer controle en monitoring van waterkwaliteit, cruciale aspecten voor het optimaliseren van de productie.
