project

(Soft)sensor voor coagulatiestap in zuivering

De toename in hoeveelheid verzamelde data, ontwikkelingen in data science technieken en toenemende rekenkracht bieden grote kansen voor het verbeteren van waterzuiveringsprocessen. Door het opstellen van ‘digital twins’ kan een virtuele zuivering meelopen met de fysieke zuivering. Dit levert een hoop voordelen op: zuiveringsprocessen zijn beter te monitoren, de gevolgen van verandering in waterkwaliteit worden inzichtelijk gemaakt en er kan direct worden gestuurd op procesparameters. Dit resulteert in een betere (of stabielere) drinkwaterkwaliteit. Ook kan door de inzet van digital twins het gebruik van chemicaliën omlaag en zijn scenariostudies voor de zuivering mogelijk. In dit project onderzoeken we de mogelijkheid om met (soft)sensors de coagulatiestap in de zuivering te reguleren.

Modelmatige aanpak

Voor het maken van een digital twin van een complete zuivering moet elk zuiveringsproces in een model of (soft)sensor worden gevat. Door verschillende signalen van fysieke sensoren met elkaar te combineren en eventueel aan te vullen met modellen, is een (soft)sensor in staat om parameters te bepalen die niet direct meetbaar zijn. Bij waterbedrijven bestaan op dit gebied al verschillende initiatieven. Zo past Vitens voor snelfiltratie een digital twin toe en ook binnen het BTO zijn voor diverse zuiveringsprocessen modellen in ontwikkeling. De (soft)sensors/modellen maken het beeld van de waterkwaliteit meer compleet, wat leidt tot het opstellen van betere meetprogramma’s. Deze impuls aan kennis over waterkwaliteit stelt waterbedrijven in staat om accurate zuiveringsdoelen op te stellen om te voldoen aan de waterkwaliteitseisen.

Coagulatieproces

De eerste bouwsteen die binnen DPWE wordt opgepakt is het coagulatieproces. Hierin zorgt de toevoeging van ijzerchloride (vlokmiddel) en natronloog (pH correctie) voor het verwijderen van de troebelheid en een deel van het DOC.

We beginnen met een inventarisatie van de belangrijkste zuiveringsdoelen voor het coagulatieproces, welke waterkwaliteitsparameters hierbij worden gemeten, welke variaties optreden en hoe het bepalen van de dosering van chemicaliën tot stand komt (welk zuiveringsdoel hebben de waterbedrijven voor ogen). Tevens worden de beschikbare sensoren en modellen voor coagulatie bij drinkwaterbedrijven in kaart gebracht, en wat de benodigde parameters zijn (ingaande parameters, stuurparameters).

Vervolgens vindt experimenteel of modelmatig onderzoek plaats. Het experimenteel onderzoek zoekt verbanden tussen waterkwaliteitssensoren (bijv. zetapotentiaal, biomassa) en werking van de coagulatie. Resultaten hiervan dienen als basis voor de sturing van het coagulatieproces. In het modelmatig onderzoek wordt een phreeqC model opgesteld voor coagulatie. Deze beschrijft de chemie van het coagulatieproces. Op basis van ingaande waterkwaliteit wordt de vlokvorming met behulp van ‘population balances’ gemodelleerd en met uitgaande waterkwaliteit berekend. Hieraan wordt ook het afvangen van DOC (fracties) toegevoegd (op basis van kinetiek en adsorptieisothermen) en eventuele complexatie met Fe(III).

Benodigde waterkwaliteitsparameters en sensoren

Coagulatie vraagt jaarlijks om het gebruik van grote hoeveelheden chemicaliën. Vaak wordt in de praktijk gewerkt met een vaste setting. Door het proces te monitoren en te sturen kan de waterkwaliteit worden verbeterd en/of kan het chemicaliënverbruik omlaag.