Sensorteknologi i vandsektoren

" Sensorteknologi i vandsektoren Udarbejdet af: Per Elbjerg Jørgensen, M.Sc. Biology, DHI Micheal Vedel Wegener Kofoed, cand.scient., PhD, Teknologisk Institut 15. januar 2013

1 BAGGRUND OG FORMÅL...3 2 OPSTARTSMØDE...3 2.1 Præsentationer vedrørende overblik over sensortyper... 3 2.2 Diskussion blandt mødedeltagerne... 4 3 VIDERE ARBEJDE INDENFOR FOKUSOMRÅDE...5 4 AFSLUTTENDE TILTAG...5 BILAG 1: INVITATION, MØDEPROGRAM OG DELTAGERLISTE...6 BILAG 2: DHI PRÆSENTATION...9 BILAG 3: TI PRÆSENTATION... 14 SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 2/26

1 BAGGRUND OG FORMÅL Der er i netværksregi gennemført et technology outlook med fokus på sensorteknologi i vandsektoren. Projektet er gennemført i samarbejde mellem Teknologisk Institut og DHI samt interesserede medlemsvirksomheder. Det overordnede formål har været: at igangsætte et fagligt forløb indenfor området Sensor teknologi i vandsektoren, der i princippet tænkes fortsat gennem hele det nuværende projekt vedrørende Innovationsnetværk for Miljøteknologi. Det aktuelle outlook skal give et generelt overblik over sensortyper på markedet med fokus på deres udviklingsmæssige stade, og endvidere pege på udviklingstendenser indenfor området. På baggrund af resultaterne af dette outlook, herunder videnudveksling mellem projektdeltagerne under selve arbejdet med outlooket, forventes der at opstå ideer til videre aktiviteter i form af bobleprojekter og egentlige videregående udviklingsprojekter. 2 OPSTARTSMØDE Den 5. september 2012 blev der afholdt opstartsmøde hos Teknologisk Institut i Århus. Invitation med mødeprogram og deltagerliste er vedlagt som bilag 1. Formålet med det indledende møde var at få en diskussion blandt mødedeltagerne om fokus i outlook-arbejdet, samt få tilkendegivelser fra mødedeltagerne om interessen for en mere aktiv deltagelse i arbejdet. 2.1 PRÆSENTATIONER VEDRØRENDE OVERBLIK OVER SENSORTYPER På mødets første del gav DHI og Teknologisk Institut et generelt overblik over sensortyper på markedet med fokus på deres udviklingsmæssige stade, og udviklingstendenser indenfor måling af henholdsvis kemiske og mikrobiologiske parametre i vand. Hvad angår måling af kemiske parametre er brug af sensorer allerede i dag vidt udbredt til styring, overvågning og regulering af processer på renseanlæg, og der er en klar tendens til at sensorer bruges i stadigt stigende omfang. I forhold til overvågning af vandkvalitet i recipienter, er brug af sensorer begrænset, i det der dog ses tendenser til stigende brug. Online-målinger af de klassiske spildevandsparametre COD, kvælstof- og fosforfraktioner kan i dag foretages ganske robust, og med et acceptabelt lavt tidsforbrug til pasning, via online-målere baseret på fotometri, ionselektive elektroder og optiske sensorer. Af nye måleprincipper/parametre kan nævnes måling af absorptionsspektre, der giver ikke-specifikke fingerprints, der kan bruges til monitere ændringer i sammensætning af stoffer i f.eks. afløbsvand fra en renseproces, hvilket igen kan bruges som f.eks. early warning signal. Et andet eksempel på en ny parameter er måling af lattergas-koncentrationer i afkastluft fra renseanlæg, med henblik på at kunne minimere lattergas emission via processtyring. Forhold omkring måling af kemiske parametre er uddybet i DHI s præsentation, der er vedlagt som bilag 2. Drikkevands hygiejniske kvalitet vurderes i dag ud fra stikprøvekontroller, der analyseres for tilstedeværelse af bl.a. indikatororganismen Escherichia coli og en bredere gruppe af bakterier, der benævnes Coliforme bakterier. Vandprøverne analyseres i dag vha. klassiske dyrkningsbaserede metoder, der benytter forskellige bakterielle vækstmedier og indikatorer. Disse metoder er ifølge drikkevandsbekendtgørelsen i dag de eneste godkendte metoder. Om end disse metoder har en meget høj følsomhed, har metoderne lang analysetid, hvilket besværliggør hurtig respons i tilfælde af en forurening. Ydermere reducerer brugen af stikprøvekontroller chancen for at detektere en bakteriel forurening. Målet med udvikling af on-line sensorer til SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 3/26

overvågning af drikkevand er at erstatte stikprøvekontroller med kontinuer overvågning, samt reducere analysetiden. Sensorer, der måler driftsparametre som flow, tryk og ledningsevne benyttes i dag af flere forsyninger. Der findes dog ingen umiddelbar sammenhæng mellem disse parametre og vandets indhold af mikroorganismer. Som følge heraf har flere projekter fokuseret på udviklingen af sensorer til overvågning af vands hygiejniske kvalitet flere af disse sensorer er på nuværende tidspunkt dog kun på prototypestadiet. Forhold omkring måling af mikrobiologiske parametre, samt et udsnit af forskellige sensorer, er uddybet i Teknologisk Institut s præsentation, der er vedlagt som bilag 3. 2.2 DISKUSSION BLANDT MØDEDELTAGERNE Den resterende del af mødet foregik som en åben diskussion i det samlede forum. I nedenstående sammenfattes nogle af de pointer og idéer, der kom frem på opstartsmødet: Traditionelle kemiske sensorer er vidt udbredt på f.eks. renseanlæg og er i dag udviklet til et stade, hvor de er relativt nøjagtige og robuste. Der synes ikke umiddelbart at være områder, i forbindelse med anvendelse og videreudvikling af sådanne sensorer, hvor der i netværksregi er interesse for videre arbejde. Overvågning af dansk drikkevand baseres i dag primært på stikprøvekontroller kombineret med langsommelige dyrkningsbaserede analysemetoder. Ønsket om hurtigere målemetoder, der ikke kun baseres på stikprøvekontroller, har ledt til udviklingen af forskellige typer sensorer til online-overvågning af drikkevandets kvalitet. Følsomheden og specificiteten af disse online sensorer lever dog ikke op til de mikrobiologiske krav i den danske drikkevandsbekendtgørelse, og sensorerne vil derfor - på deres nuværende stadium, og med de nuværende strenge krav til mikrobiologisk kvalitet - ikke kunne erstatte de foreskrevne dyrkningsbaserede analysemetoder. Det primære anvendelsesområde for sensorer er derfor til intern driftskontrol og styring, hvor sidstnævnte i flere tilfælde vil kunne varetages med mere simple sensorer til måling af bl.a. turbiditet, ledningsevne eller tryk. På den baggrund synes det ikke i netværk s regi at være interessant/realistisk at arbejde videre med udvikling/afprøvning af online-sensorer baseret på måling af mikroorganismer i drikkevand. Visse sensortyper, herunder optiske sensorer kan tænkes at have potentiale som kontrol- og styringsredskab i forbindelse med rensning og genbrug af andre vandtyper, hvor kvalitetskravet er lavere end for drikkevand. Her tænkes blandt andet på: Udløbsvand fra renseanlæg med udløb i nærheden af rekreative områder, herunder badevandsinteresser Overløbsvand i forbindelse med kraftige regnskyl Regnvand og andre typer gråt vand til genbrug i husstande, hvilket vil være specielt relevant i Sydeuropa og andre regioner hvor vandresursen er knap Svømmebadsvand Ballastvand Her vil disse sensorer potentielt kunne benyttes til processtyring og overvågning på linje med de kemiske sensorer der i dag benyttes til processtyring under rensning af spildevandet. Man kunne på den baggrund overveje et videre arbejde i netværksregi, der går på anvendelse af nævnte sensor typer i forbindelse med rensning og udledning/genbrug af sekunda-vandtyper, hvor det stadig er vigtigt at sikre og dokumentere en vis vandkvalitet. Der kunne dels være tale om videre udredningsarbejde, og dels om udviklings- og demonstrationsprojekter, hvor de mest lovende sensortyper afprøves i scenarier og på vandtyper som eksempelvis nævnt ovenfor. SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 4/26

Det blev under opstartsmødet fra flere sider på peget, at videre projekter som udgangspunkt bør udvælges på baggrund af fremtidigt eksportpotentiale med en klar forretningsplan for øje. Der blev ikke fremsat ideer eller forslag til konkrete udredningsarbejder eller udviklings- og demonstrationsprojekter. På baggrund af opstartsmødet har TI og DHI vurderet at anvendelse af sensorer baseret på absorptionsspektre, laserlys og partikeltælling til processtyring og overvågning af afløbskvalitet for forskellige sekunda-vandtyper, kunne være et potentielt interessant område at arbejde videre med for en række af netværkets medlemmer. 3 VIDERE ARBEJDE INDENFOR FOKUSOMRÅDE På baggrund af opstartsmødet har Teknologisk Institut og DHI efterfølgende været i dialog med Grundfos, samt Aarhus Universitet (Institut for Ingeniørvidenskab), vedrørende mulige videre projektforløb indenfor fokusområdet. Aarhus Universitet (Institut for Ingeniørvidenskab), arbejder bl.a. med udvikling af forskellige typer sensorer, der kunne være interessante i forhold til fremtidige udviklings- og demonstrationsprojekter. Konkrete projektidéer for videre udvikling og anvendelse af de forskellige prototype-sensorer udarbejdes på nuværende tidspunkt. Grundfos har udviklet og ejer rettighederne til en ny optisk sensor, der kan estimere koncentrationen af mikroorganismer i vand (http://ing.dk/artikel/96368-drikkevandet-skal-bakterieovervaages). Som en del af udviklingen frem mod et kommercielt produkt, er sensoren bl.a. blevet afprøvet på drikkevand (se bl.a. NST rapport, 2011). Teknologisk Institut og DHI har opstillet en overordnet projektskitse der går på brug af online sensorer (f.eks. Grundfos-sensoren) til overvågning af kvaliteten af en eller flere vand-typer, herunder svømmebadsvand, poleret afløb fra renseanlæg regnvand & gråt vand samt ballastvand. Samtidig vil det være oplagt at kombinere brugen af f.eks. Grundfos-sensoren med andre sensortyper til f.eks. måling af adsorptionsspektre og konventionel partikeltælling. Dette lægger op til et samarbejdsprojekt mellem leverandører og udviklere af de nævnte sensorer samt en eller flere demonstrationspartnere, herunder rensningsanlæg, svømmehaller m. fl. Emnerne falder klart indenfor prioriterede områder for en række programmer for finansiel støtte til udvikling og demonstration af miljøteknologi. Specielt Miljøministeriets støtteordning Miljøteknologisk Udviklings- og DemonstrationsProgram (MUDP), synes at være en oplagt mulighed for at søge om medfinansiering til et videre projekt indenfor nævnte projektskitse. 4 AFSLUTTENDE TILTAG I skrivende stund er en mere konkret projektidé på linje med ovennævnte under overvejelse hos Grundfos, der vil være en hovedinteressent i et potentielt udviklings- og demonstrationsprojekt. På baggrund af Grundfos vurderinger og beslutninger om et videre projektforløb, kan det bliver aktuelt at finde samarbejdspartnere indenfor netværket, med henblik på at gå videre med et egentligt udviklings- og demonstrationsprojekt. Beslutning vedrørende et eventuelt videre projektforløb forventes truffet i primo 2013. I tilfælde af at der blandt netværkets medlemmer er interesse for at diskutere andre videre forløb indenfor dette technology outlook s fokusområde, stiller Teknologisk Institut og DHI sig til rådighed som diskussionspartner og eventuelt facilitator for konkrete projekter. SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 5/26

BILAG 1: INVITATION, MØDEPROGRAM OG DELTAGERLISTE SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 6/26

SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 7/26

Technology Outlook - sensorer Opstartsmøde 5. september 2012, TI Århus Deltagerliste Navn Anders Bentien Anitha K. Sharma Carsten Madsen Casper Clausen Christian Smith David Napper Dorte Bang Knudsen Erling Brodersen Jørgen Mølgård Christensen Kim Sundmark Leif Lykkebo Lotte Bjerrum Michael Vedel Wegener Kofoed Mogens N. Madsen Niels Henrik Eisum Rasmus Boe-Hansen Richard Lipski Søren Bastholm Søren Torsbejrg Møller Tanja Nielsen Thomas Frank Virksomhed Aarhus Universitet DTU Miljø Gustaf Fagerberg A/S Aarhus Universitet Grundfos Enviro- Development Grundfos Holding A/S Aarhus Vand A/S Biorem ApS Krüger A/S BWT Teknologisk Institut, Center for Kemi og Bioteknik Teknologisk Institut Roskilde Forsyning DHI Krüger A/S Signalix Amphi-Bac ApS Aquasense Vandsektorens Teknologiudviklingsfond Aquasense SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 8/26

BILAG 2: DHI PRÆSENTATION SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 9/26

BILAG 3: TI PRÆSENTATION SENSORTEKNOLOGI 15.01.2013 @ INNOVATIONSNETVÆRK FOR MILJØTEKNOLOGI 14/26