Instroom van stormwater en infiltratie van grondwater in afvalwatersystemen is een constante operationele uitdaging voor beheerders. De gemeente Håbo in Zweden gaat deze uitdaging aan met een innovatieve digitale aanpak, zegt Adam Wood, chief product officer bij wateranalysebedrijf InfoTiles.
Managers van het waterbedrijf in Håbo, een kleine gemeente ten noordwesten van de Zweedse hoofdstad Stockholm, begonnen in 2023 gesprekken met InfoTiles , toen ze vermoedden dat infiltratie van afvalwater en instroom van grondwater in afvalwaternetwerken (I&I) enorme volumes opleverde die getransporteerd en behandeld moesten worden.
De managers wilden I&I verder onderzoeken en hadden tastbaar bewijs nodig om de noodzaak van investeringen aan te tonen, maar werden geconfronteerd met budgettaire en operationele beperkingen. Door gebruik te maken van gegevens van het besturingssysteem, weergegevens en analyses van afvalwaternetwerken met in situ sensoren, probeerde de samenwerking te bepalen wanneer en waar I&I optrad en de juiste reactie te bepalen.
Bewijs verzamelen
Instroom is stormwater dat in afvalwaterleidingen stroomt door gebreken zoals gaten, scheuren, voegfouten en kapotte verbindingen. Infiltratie treedt op wanneer grondwater het afvalwaternetwerk binnendringt via gebreken in leidingen, waardoor de stroming nog erger wordt.
Magne Eide, chief operating officer bij InfoTiles, zegt: "InfoTiles wilde de gemeente Håbo laten zien wat de kosten zouden zijn van het niet onderhouden van het afvalwaternetwerk om I&I te voorkomen, versus nu geld investeren. De waterbeheerders wilden begrijpen wat de onderhoudsmogelijkheden waren, zodat ze een bredere business case konden maken die tijdens het begrotingsproces voor 2025 ter financiering kon worden voorgelegd."
Het waterbedrijf van Håbo bedient ongeveer 18.700 inwoners en behandelt ongeveer 4 miljoenm3 afvalwater per jaar. InfoTiles ontdekte dat 18% van dat water wordt geloosd door I&I, wat leidt tot SEK13 miljoen (ruwweg €1,3 miljoen) aan extra bedrijfskosten per jaar, wat neerkomt op bijna SEK700 per inwoner (ruwweg €61).
Energieverbruik vormt een aanzienlijk deel van de extra behandelings- en transportkosten die gemoeid zijn met de verwerking van I&I, wat betekent dat een vermindering van het energieverbruik een potentiële besparing op de operationele uitgaven betekent wanneer I&I wordt verholpen. Extra energieverbruik betekent ook een hogere koolstofvoetafdruk, dus het nauwkeurig identificeren en voorkomen van I&I kan nutsbedrijven helpen om hun koolstofverplichtingen na te komen, waaronder net nul-doelstellingen.
Samengestelde stroom
Voor veel nutsbedrijven en gemeenten kan I&I verantwoordelijk zijn voor gemiddeld 20-50% van het jaarlijkse debiet in riolen, maar tijdens het smelten van sneeuw en natte herfsten ligt dit cijfer veel hoger.
Het wordt algemeen erkend dat de meeste I&I wordt veroorzaakt door verouderde infrastructuur die moet worden onderhouden of vervangen, maar een deel wordt ook veroorzaakt door verkeerde aansluitingen, zoals drainage van gebouwen en daken die op de verkeerde leidingen zijn aangesloten. Wanneer dit water het afvalwaternetwerk binnendringt, kan het het systeem overbelasten, wat vooral een risico is tijdens periodes van hevige regen of storm.
In het ergste geval kan het leiden tot het vrijkomen van onbehandeld afvalwater in het milieu en de vervuiling van rivieren en zeeën. Het verhoogt ook het risico op kruisbesmetting van drinkwater, waarbij verontreinigd water uit de omgeving binnenkomt via gebreken in schoonwaterleidingen.
De toename in de frequentie en intensiteit van regenval als gevolg van een veranderend klimaat verergert het probleem, waardoor afvalwaternetwerken steeds kwetsbaarder worden voor storingen en het milieu meer gevaar loopt. Als ze onbehandeld blijven, zal de integriteit van de pijpleidingen na verloop van tijd alleen maar afnemen, waardoor het volume van het binnenstromende water dat moet worden gezuiverd, toeneemt.
Voor de gemeente Håbo is het algemene doel van de samenwerking met InfoTiles om een beter inzicht te krijgen in de oorzaken van instroom en infiltratie in rioolnetwerken en om de opties voor herstel en vermindering van de gevolgen te begrijpen. De gemeente hoopt dat het beleidsmakers zal helpen een beter inzicht te krijgen in de besluitvorming rond I&I en te laten zien hoe samenwerking en digitale oplossingen kunnen worden gebruikt als katalysator voor positieve verandering.
Nauwkeurige plaatsbepaling
Door instroom en infiltratie nemen de exploitatiekosten van afvalwater toe omdat overtollig water moet worden opgepompt, behandeld en afgevoerd.
Het InfoTiles platform gebruikt SCADA-controlesysteemgegevens samen met gegevens van het Zweeds Meteorologisch Instituut om historische neerslag en het droog- en natweergedrag van afvalwaternetwerken te analyseren. Bijvoorbeeld hoe en wanneer het water het netwerk bereikt en hoe dit de hoogte van pompen beïnvloedt.
Sensorapparaten die op kritieke punten in het netwerk zijn geplaatst, kunnen gegevens verzamelen zoals neerslag, problematische drempels voor het regenvolume of seizoensafhankelijke gevoeligheden. Die gegevens worden ingevoerd in een centraal dashboard en deze gedetailleerde metingen kunnen vervolgens worden geanalyseerd door waterbeheerders.
Door real-time informatie van pompstations te gebruiken, berekent het model het totale en excessief getransporteerde volume, waardoor managers niet alleen weersgerelateerde trends kunnen zien, maar ook de daaruit voortvloeiende kosten in termen van behandeling en stroomverbruik.
Zodra probleemgebieden zijn geïdentificeerd, kan het zoekgebied worden verkleind met behulp van compacte internet-of-things (IoT)-apparaten binnen hetzelfde platform. Sommige pompstations hebben meerdere ingangen of lange stroomopwaartse leidingnetwerken. Door selectief verschillende aftakkingen te meten, kan precies worden vastgesteld waar het water instroomt en infiltreert of kunnen gebieden die geen probleem vormen, worden uitgesloten.
Positief bewijs
Håbo exploiteert 38 pompstations, in een netwerk waarin verschillende kleinere pompstations grotere stations voeden voordat het afvalwater uiteindelijk naar de zuivering wordt getransporteerd.
InfoTiles en de gemeente Håbo stelden vast dat de pompen die zich het dichtst bij de zuiveringsstations bevonden het grootste nettovolume water ontvingen, wat betekent dat de grootste instroom plaatsvond in de delen van het netwerk die direct verband hielden met de grootste pompen.
Met deze informatie gingen managers van Håbo op zoek naar schade in de geïdentificeerde gebieden en konden ze de bevindingen van de analyse snel bevestigen. Bij een visuele inspectie werden aanzienlijke leidingbreuken gevonden. Op één locatie drong het afgevoerde oppervlaktewater van nabijgelegen landbouwgrond onder hoge druk de afvalwaterleidingen binnen, wat grote en continue hoeveelheden I&I veroorzaakte.
Sara Frid, strateeg voor water en afvalwater bij de gemeente Håbo, zei: "Het nieuwe inzicht in binnendringend water, zoals volumes, waarschijnlijke bronnen en de daaruit voortvloeiende kosten, wekte echt de interesse van onze operators om op zoek te gaan. Binnen de eerste paar weken hadden we schade aan onze afvalwaterleidingen gevonden die we konden repareren om volumes te verminderen en behandelingskosten te besparen."
Nu kunnen waterbeheerders niet alleen gegevens gebruiken om de gebieden te identificeren waar onderhoud en reparaties het hardst nodig zijn, maar ook de resultaten van hun werk zien in de vorm van verminderde hoeveelheden instroom en infiltratie.
Het voortdurend verminderen van de totale I&I-volumes blijft een belangrijk aandachtspunt voor de gemeente Håbo.
Met de oplossing InfoTiles hebben ze kunnen aantonen dat investeringen in afvalwateronderhoud niet alleen een kwestie van milieurisico en kosten zijn, maar dat de vermindering van de volumes uiteindelijk zal leiden tot lagere zuiveringskosten op de lange termijn.