ToxMate, przełom technologiczny firmy ViewPoint, stanowi punkt zwrotny w natychmiastowym wykrywaniu mikrozanieczyszczeń w oczyszczonej wodzie z miejskich i przemysłowych oczyszczalni ścieków oraz stacji uzdatniania wody pitnej. Najważniejszym elementem systemu pomiarowego jest niezwykle precyzyjna kontrola temperatury, będąca wynikiem ścisłej współpracy z SMC.
Na czym jednak polega obecny standardowy proces? Kierownicy stacji uzdatniania wody regularnie pobierają próbki wody, które są następnie wysyłane do analizy fizykochemicznej. System ten ma szereg wad. Po pierwsze, te ukierunkowane analizy mogą wykryć tylko ograniczoną liczbę mikrozanieczyszczeń. Ponadto są one narażone na duże opóźnienia, ponieważ nie są przeprowadzane w sposób ciągły i czasami wymagają kilku dni, a nawet tygodni, aby uzyskać wyniki. Istotną przeszkodą jest również koszt tych analiz. Ten brak zdolności reagowania jest poważną kwestią: nietypowe wyniki nie tylko są wykrywane dopiero po upływie znacznego czasu, ale także dotyczą tylko ograniczonej liczby mikrozanieczyszczeń. Należy zauważyć, że woda ze źródeł takich jak rzeki lub wody gruntowe może zawierać wiele różnych mikrozanieczyszczeń. Czasami połączenie tych substancji może skutkować efektem koktajlu, prowadząc do powstania jeszcze bardziej szkodliwych związków.
Rewolucja w ocenie jakości wody dzięki ToxMate
W dziedzinie wykrywania mikrozanieczyszczeń ToxMate stanowi prawdziwą rewolucję. Jak więc działa ta niezwykła innowacja? Czerpiąc inspirację z natury, wynalazek ten opiera się na obserwacji, że flora i fauna wody jest bardzo wrażliwa na zanieczyszczenia pochodzące od człowieka. Urządzenie ToxMate analizuje zachowanie trzech gatunków bezkręgowców wodnych - gammaridae, pijawek i błotniarek - które naturalnie występują w słodkowodnych środowiskach wodnych. Korzystając z kamery widzenia maszynowego, urządzenie analizuje ich zachowanie w ciągłym przepływie. Jako bioindykatory, organizmy te niezawodnie i skutecznie wskazują poziom zanieczyszczenia wody. Testy na miejscu wykazały wrażliwość ToxMate na mieszaniny substancji, gdzie konwencjonalne czujniki fizykochemiczne ograniczają się do częściowego wykrywania cząsteczek obecnych w wodzie. Bezkręgowce te modyfikują swoje zachowanie, takie jak pozycja lub ruchy, w odpowiedzi na obecność mikrozanieczyszczeń. Jednym z oczywistych przykładów jest ich odpłynięcie, ale istnieje wiele innych. ViewPoint opracował szczegółowe mapowanie tych zachowań w odniesieniu do konkretnych zanieczyszczeń. Lata badań laboratoryjnych we współpracy z INRAE i wykorzystanie ToxMate w różnych środowiskach przyniosły znaczną ilość danych. Dane te pomagają interpretować obecność wielu mikrozanieczyszczeń w kategoriach reakcji organizmów.
Zachowanie bezkręgowców analizowane za pomocą kamer wizyjnych
Od urządzenia laboratoryjnego do sprawdzonego sprzętu przemysłowego
Od laboratorium do sprawdzonego sprzętu przemysłowego obecnie ToxMate jest stosowany w miejskich i przemysłowych oczyszczalniach ścieków, a także do oczyszczania wody pitnej. Frédéric Neuzeret, dyrektor ds. produkcji w ViewPoint, wyjaśnia: "Naszym celem była standaryzacja warunków analizy. Wszystkie parametry musiały być całkowicie identyczne, jeśli mieliśmy prawidłowo interpretować zachowanie bezkręgowców wodnych". Należało sprostać wielu wyzwaniom, takim jak problemy z widzeniem przy użyciu światła podczerwonego i kontrola temperatury ścieków w różnych warunkach pobierania próbek.
ViewPoint wdrożył rozwiązanie oparte na rozwiązaniach SMC, aby regulować temperaturę wody za pomocą chillera z dokładnością do 0,2 stopnia, przy przepływie około 1 l/minutę. Aby zapewnić tak precyzyjną regulację, nie było możliwe zmierzenie temperatury po prostu na wymienniku ciepła, więc zdecydowano się na umieszczenie sond w zbiorniku, aby szybciej i bardziej odpowiednio aktywować moc chillera. Temperatura w zbiorniku jest uwarstwiona, a sondy umożliwiają dokładniejszy pomiar temperatury w celu optymalnego sterowania. Komunikacja odbywa się poprzez protokół MODBUS na interfejsie RS-485.
Innowacje techniczne i ścisła współpraca
Frédéric Neuzeret opisuje zaplecze techniczne prowadzące do ich najnowszej innowacji: "Aby schłodzić lub podgrzać wodę pompowaną do basenów, potrzebowaliśmy chillera. Po dogłębnej analizie rynku, rozwiązanie SMC okazało się najlepszym wyborem, nie tylko ze względu na jego bezkonkurencyjną kompaktowość, ale także wyjątkową niezawodność. To, co naprawdę wyróżniało SMC, to ich wiedza techniczna i wsparcie w opracowaniu rozwiązania dostosowanego do indywidualnych potrzeb. Wytrzymałość chillera okazała się głównym atutem, gwarantując stałą, niezawodną wydajność..
Oprócz tych niezwykle ważnych aspektów współpraca z SMC skupiła się na zaprojektowaniu zaawansowanego i precyzyjnego systemu kontroli temperatury o pętli zamkniętej. Następnie opracowano zaawansowany system kontroli temperatury w pętli zamkniętej. Opiera się on na zdalnych sondach, które informują o zużyciu energii przez chiller. Pompowana woda przechodzi przez wymiennik ciepła przed dotarciem do komory testowej, gdzie jest analizowana przez kamery wizyjne. SMC przeprowadziło modelowanie i obliczenia termiczne w celu zaprojektowania plastikowych prototypów i uzyskania idealnie stabilnego rozwiązania. "SMC było bardzo elastyczne. Zwłaszcza gdy potrzebowaliśmy dostosowania do produktu, ponieważ standardowy chiller wykorzystywał tylko wewnętrzne czujniki. SMC bardzo szybko opracowało rozwiązanie umożliwiające podłączenie zewnętrznych czujników zdalnych" - podsumowuje Frédéric Neuzeret.
Ostatnim elementem jest odporność systemu na zanieczyszczoną wodę. W zależności od zastosowania filtrowanie wody jest konieczne. Nadmierna filtracja przyniesie częściowe rezultaty, podczas gdy niewystarczająca filtracja może prowadzić do blokowania. Również powierzchnie mające kontakt z wodą zostały odpowiednio dostosowane. Jednym z rozwiązań, które się sprawdziło, było użycie szkła, ale jego produkcja była skomplikowana. SMC zaproponowało zatem wymiennik ze stali nierdzewnej, wzmocniony warstwą teflonu, ponieważ sama stal nierdzewna 316 nie była wystarczająca, zwłaszcza w przypadku zanieczyszczeń metalicznych.
Wpływ ToxMate na uzdatnianie wody
Wpływ ToxMate na sektor uzdatniania wody jest niezaprzeczalny. Alerty są uruchamiane w przypadku wykrycia organizmów reagujących na toksyczne działanie wody, związane z obecnością mikrozanieczyszczeń, substancji medycznych lub mieszaniny różnych substancji chemicznych. Alerty ToxMate są praktycznie natychmiastowe i są uważane za najbardziej skuteczne na rynku stacji biomonitoringu, umożliwiając reaktywne zarządzanie szczytami toksyczności.
Pomiary w czasie rzeczywistym mają oczywiście ogromną wartość dodaną, jeśli chodzi o utrzymanie jakości uzdatniania wody. Ale poza tym, to sam proces przemysłowy będzie mógł być kontrolowany bardziej efektywnie i, innymi słowy, bardziej ekonomicznie. Stacje uzdatniania wody są już wysoce zautomatyzowane i wykorzystują technologię cyfrową, ale nadal brakuje im informacji o jakości wody w czasie rzeczywistym, aby zoptymalizować uzdatnianie. Ilość produktów fizyko-chemicznych i zużycie energii zostaną niewątpliwie znacznie zmniejszone. Ponadto analizy przeprowadzane w połączeniu z ToxMate mogą ilościowo określić jakość osadów ściekowych wykorzystywanych do rozprowadzania w rolnictwie, bez stwarzania jakiegokolwiek zagrożenia dla zdrowia. Pozwoliło to również na przyznanie zwolnienia z pompowania w okresach niedoboru wody, poprzez wykazanie, że odprowadzane produkty nie stanowią zagrożenia. Jest to oczywiście niezbędne dla producentów, którzy chcą uniknąć przestojów w produkcji.
Łatwa integracja i wiarygodne wyniki
Integracja ToxMate z istniejącą infrastrukturą jest niezwykle łatwa. Jeśli docelowe mikrozanieczyszczenia są znane, proces jest jeszcze prostszy. W przypadku oczyszczalni ścieków wyzwanie jest większe ze względu na zmienność substancji obecnych w wodzie. Niemniej jednak uzyskane wyniki szybko stają się wiarygodne, zapewniając operatorom bezcenne dane do monitorowania jakości wody w czasie rzeczywistym. Ten postęp stanowi znaczący krok naprzód w automatyzacji i cyfryzacji stacji uzdatniania wody, oferując większą kontrolę i monitorowanie jakości wody, kluczowe aspekty optymalizacji produkcji.
