Instroom van stormwater en infiltratie van grondwater in riolen is een constante operationele uitdaging, maar een waterleidingbedrijf in Noorwegen krijgt een beter inzicht in zijn netwerk met een innovatieve digitale aanpak, zegt Marco Westergren, chief analytics officer bij InfoTiles.
De instroom en infiltratie (I&I) van stormwater en grondwater in rioolnetten kan voor waterbedrijven aanzienlijke kosten met zich meebrengen voor het oppompen, behandelen en lozen van overtollig water. In Noorwegen wordt het digitale water- en afvalwaterbeheersysteem InfoTilesdoor een gemeente gebruikt voor I&I-waterdetectie en realtime bewaking van overtollig water in rioolnetwerken.
Met behulp van het geïntegreerde internet of things (IoT) en machine learning-technologieën van het systeem, samen met reeds bestaande realtime gegevens van hun SCADA-systemen, ontdekten de operators dat pompen 5 miljoen m3 afvalwater per jaar door hun systemen duwden, waarvan ten minste 1 miljoen m3 water van I&I was. De extra bedrijfskosten voor het nutsbedrijf voor de verwerking van dit afvalwater liepen op tot €2 miljoen, exclusief de energiekosten voor het transport van het water naar de zuiveringsinstallatie.
Overbelasting van het systeem in gemeentelijke watersystemen
Bij veel nutsbedrijven en gemeenten kan inflow en infiltratie verantwoordelijk zijn voor gemiddeld 20-50 procent van het jaarlijkse debiet in riolen, maar tijdens het smelten van sneeuw en natte herfsten in Noorwegen ligt dit percentage regelmatig op 80-90 procent.
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.
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 het afvalwaternetwerk steeds kwetsbaarder wordt voor storingen en het milieu meer gevaar loopt. Bovendien zal, indien onbehandeld, de integriteit van de pijpleidingen na verloop van tijd alleen maar verslechteren, waardoor de hoeveelheid binnenkomend water die moet worden gezuiverd toeneemt.
Weeranalyse en de invloed ervan
De uitdaging voor InfoTiles, dat zijn hoofdkantoor heeft in Stavanger, Noorwegen, en zijn partner in het nutsbedrijf was om te bepalen wanneer en waar I&I zich voordeed en om de juiste reactie te bepalen. Het InfoTiles platform gebruikt SCADA-controlesysteemgegevens samen met meteorologische gegevens om het gedrag van afvalwaternetwerken bij droog en nat weer te analyseren. Met behulp van informatie van pompstations in real-time berekent het model het totale en excessieve getransporteerde volume, waardoor operators niet alleen weersgerelateerde trends kunnen zien, maar ook de daaruit voortvloeiende kosten in termen van behandeling en stroomuitgaven.
Zodra de probleemgebieden zijn geïdentificeerd, kan het zoekgebied worden verkleind met behulp van compacte IoT-apparaten binnen hetzelfde platform. Sommige pompstations hebben meerdere ingangen of lange stroomopwaartse leidingnetwerken. Door selectief verschillende aftakkingen te meten, is het mogelijk om precies vast te stellen waar het water binnendringt of gebieden uit te sluiten die niet het probleem vormen.
Sensorapparaten die op kritieke punten in het netwerk zijn geplaatst, kunnen extra meteorologische 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 en operators.
Uitdagende investeringsbeslissingen
Voor InfoTiles' Noorse partner ontdekte de software dat ongeveer 50% van de I&I werd verwerkt door slechts vier van de 27 pompstations, waardoor onderhoudsteams gerichter gegevens konden verzamelen en prioriteiten konden stellen voor onderhoud en reparaties.
Uit de analyse bleek dat een aantal pompen voortdurend werd overbelast met I&I, zelfs bij droog weer. Er werd ontdekt dat stroomopwaartse leidingen dicht bij de oevers van een rivier waren aangelegd in grond die verzadigd was met water. Het afvalwaternetwerk nam onnodig overtollig grondwater op, dat vervolgens werd getransporteerd, behandeld en weer in de rivier terechtkwam.
De vier geïdentificeerde pompstations waren al gekozen voor een upgrade vanwege de bestaande belasting, maar met de inzichten die werden verkregen met behulp van InfoTiles' software, kon deze beslissing worden aangevochten. Er werd besloten dat een betere investering zou zijn om de integriteit van het stroomopwaartse afvalwaternetwerk te verbeteren.
Bij gebrek aan gedetailleerd bewijs van waar en wanneer de I&I zich voordoet, kiezen veel nutsbedrijven ervoor om de capaciteitsinvestering van afvalwatertransport en -behandeling te verhogen om te voorkomen dat de systemen overbelast raken. Hoewel dit het risico op verontreinigingsincidenten kan verminderen, verhoogt het ook de kosten voor klanten en lost het het onderliggende probleem niet op.
Energie- en koolstofkosten verlagen
Energie vormt een belangrijk deel van de extra behandelings- en transportkosten die gepaard gaan met de verwerking van I&I. Daarom betekent een vermindering van het energieverbruik ook een potentiële besparing op de operationele uitgaven.
De energiekosten van het Noorse nutsbedrijf bereikten in 2022 recordhoogten van €0,7/kWh, een dramatische stijging ten opzichte van het voorgaande jaar als gevolg van de Europa-brede energiecrisis, en naast andere prijsstijgingen voor onder andere chemicaliën voor afvalwaterbehandeling. Als we de gemiddelde I&I van het nutsbedrijf van 1 miljoen m3 water als uitgangspunt nemen, betekent dit dat het nutsbedrijf geconfronteerd werd met een totale extra bedrijfskost van minstens 2 miljoen euro, 165.000 kWh buitensporig elektriciteitsverbruik en 4,1 ton buitensporige koolstofuitstoot.
Extra energieverbruik vertegenwoordigt ook een grotere CO2-voetafdruk, dus het nauwkeurig identificeren en verhelpen van I&I kan nutsbedrijven helpen om hun CO2-verplichtingen na te komen, waaronder doelstellingen voor een netto nuluitstoot.
Gerichte investering
Door gebruik te maken van InfoTiles digitale watersoftware zijn de precieze locatie, kosten, besparingen en oplossingen van I&I duidelijker geworden voor het nutsbedrijf. Er kunnen beter geïnformeerde kapitaal- en operationele investeringsbeslissingen worden genomen om de meest kwetsbare delen van de afvalwaterinfrastructuur en -processen te verbeteren.
Zonder nauwkeurige I&I-monitoring kunnen nutsbedrijven misplaatste investeringen doen, zoals het upgraden van pompen, het vervangen van leidingen en het upgraden van behandelingsapparatuur. Dit kan leiden tot steeds hogere operationele uitgaven voor energie en onderhoud omdat het overtollige water het netwerk blijft binnenstromen en behandeld wordt.
"Door nauw samen te werken met het Noorse nutsbedrijf om de I&I-uitdagingen te begrijpen en aan te pakken, heeft InfoTiles laten zien wat de beste praktijken zijn op dit uitdagende gebied. We streven ernaar om deze ontwikkelingen breed te delen, zodat andere organisaties meer inzicht krijgen in de voordelen die digitale transformatie kan bieden voor cruciale activiteiten.
Met digitale softwaretechnologie zoals InfoTiles kunnen waterbedrijven bijna-realtime gegevens over I&I verkrijgen en deze gebruiken om berekeningen te maken en weloverwogen beslissingen te nemen. Voor nutsbedrijven die digitale transformatie nastreven, is het monitoren en begrijpen van I&I een belangrijke kans om de totale uitgaven te verlagen, het milieu te beschermen en een betere service te leveren aan klanten en gemeenschappen."
Magne Eide, Chief Operating Officer, InfoTiles.