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 Mm3
• 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
Utmaningar Sensation III
• Tekniken kompatibel med onlinemätningar i fält
• Detektionsgräns för avlopp, ca. 1000 ppm
• Viss störningskänslighet
• Pressa detektions‐
gränsen, 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:
Utmaningar inför nästa steg (fas‐III):
Bytet av våglängdsområde (synligt NIR) löste problem med bakgrundsfluorescens från blågröna alger och annat biologiskt material
• Instrument‐sidan:
• Öka provgenomströmningen (idag typiskt 1‐2 ml /min)
• Automatisera mätsystemet
• Optimering av ingående steg; detektor, mixning, signalbehandling, flödescell
• Mer robust design
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
Mätning på renat avloppsvatten med och utan tillsatt reagens
• 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)
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 sensors
Data treatment
Presentation of results
Gas/Liquid
separation
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.
