Tilstrømning av overvann og infiltrasjon av grunnvann i avløpsnettet er en konstant driftsutfordring, men et vannverk i Norge har fått bedre forståelse av nettverket sitt ved hjelp av en innovativ digital tilnærming, sier Marco Westergren, analysesjef i InfoTiles.
Innstrømning og infiltrasjon av overvann og grunnvann i avløpsnettet kan føre til betydelige kostnader for vannverkene i forbindelse med pumping, behandling og utslipp av overskuddsvann. I Norge har en kommune tatt i bruk InfoTilessitt digitale system for vann- og avløpshåndtering til deteksjon av innlekkasjevann og sanntidsovervåking av fremmedvann i avløpsnettet, noe som allerede har redusert antall driftsforstyrrelser.
Ved hjelp av systemets integrerte IoT-teknologi (Internet of Things) og maskinlæringsteknologi, sammen med eksisterende sanntidsdata fra SCADA-systemene, oppdaget operatørene at pumpene presset 5 millioner m3 avløpsvann gjennom systemene hvert år, hvorav minst 1 million m3 var vann fra I&I. De ekstra driftskostnadene for vannverket ved å behandle dette uvedkommende avløpsvannet var på opptil 2 millioner euro, og da er ikke energikostnadene ved å transportere vannet til renseanlegget inkludert.
Systemoverbelastning i kommunale vannsystemer
For mange vannverk og kommuner kan tilstrømning og infiltrasjon utgjøre i gjennomsnitt 20-50 prosent av den årlige vannføringen i avløpsnettet, men under snøsmelting og våte høster i Norge er tallet regelmessig oppe i 80-90 prosent.
Innstrømning er overvann som strømmer inn i avløpsrørene gjennom feil som hull, sprekker, skjøtesvikt og ødelagte koblinger. Infiltrasjon oppstår når grunnvann kommer inn i spillvannsnettet gjennom feil i rørene, noe som forsterker strømmen.
Det er allment anerkjent at det meste av I&I skyldes aldrende infrastruktur som krever vedlikehold eller utskifting, men noe skyldes også feilkoblinger, for eksempel drenering av bygninger og hustak som er koblet til feil rør. Når dette vannet trenger inn i avløpsnettet, kan det overbelaste systemet, noe som er en særlig risiko i perioder med kraftig regn eller storm.
I verste fall kan det føre til utslipp av urenset avløpsvann i miljøet og forurensning av elver og hav. Det øker også risikoen for krysskontaminering av drikkevann, der forurenset vann fra omgivelsene kommer inn gjennom feil i rene vannledninger.
Økt hyppighet og intensitet i nedbøren som følge av klimaendringene forverrer problemet, noe som gjør avløpsnettet enda mer sårbart for feil og utsetter miljøet for større risiko. Hvis rørledningene ikke behandles, vil de dessuten bli dårligere over tid, noe som øker mengden innløpsvann som må behandles.
Væranalyse og dens innflytelse
Utfordringen for InfoTiles, som har hovedkontor i Stavanger, og deres samarbeidspartner var å finne ut når og hvor I&I oppsto, og bestemme hva som var riktig tiltak. Plattformen InfoTiles bruker data fra SCADA-kontrollsystemer sammen med meteorologiske data for å analysere hvordan avløpsnettverk oppfører seg i tørt og vått vær. Ved hjelp av informasjon fra pumpestasjoner i sanntid beregner modellen det totale volumet som transporteres, og gjør det mulig for operatørene å se ikke bare værrelaterte trender, men også de resulterende kostnadene, både når det gjelder rensing og strømutgifter.
Når problemområdene er identifisert, kan søkeområdet begrenses ved hjelp av kompakte IoT-enheter på samme plattform. Noen pumpestasjoner har flere innganger eller lange oppstrøms rørledningsnettverk. Ved å måle selektivt på ulike forgreninger er det mulig å identifisere nøyaktig hvor vannet trenger inn, eller utelukke områder som ikke er problemet.
Sensorenheter plassert på kritiske punkter i nettverket kan samle inn meteorologiske tilleggsdata som nedbør, problematiske terskler for regnmengde eller sesongmessig varierende følsomhet. Disse dataene mates inn i et sentralt dashbord, og de detaljerte målingene kan deretter analyseres av vannforvaltere og operatører.
Utfordrende investeringsbeslutninger
For InfoTiles' norske partner fant programvaren ut at omtrent 50 % av I&I ble håndtert av bare fire av selskapets 27 pumpestasjoner, noe som gjorde det mulig for vedlikeholdsteamene å målrette ytterligere datainnsamling og prioritere vedlikehold og reparasjoner.
Analysen viste at en rekke pumper var konstant overbelastet med I&I - selv under tørre værforhold. Det viste seg at oppstrøms rør som lå nær elvebredden, var lagt i vannmettet jord. Avløpsnettet absorberte unødvendig mye grunnvann, som deretter ble transportert, behandlet og sluppet ut i elven igjen.
De fire pumpestasjonene som ble identifisert, var allerede valgt ut for oppgradering på grunn av den eksisterende belastningen, men med innsikten man fikk ved hjelp av programvaren InfoTiles, kunne denne beslutningen utfordres. Det ble besluttet at det ville være en bedre investering å forbedre integriteten til avløpsnettet oppstrøms.
I mangel av detaljert dokumentasjon på hvor og når I&I skjer, velger mange nettselskaper å øke kapasitetsinvesteringene i transport og behandling av avløpsvann for å unngå at systemene blir overbelastet. Selv om dette kan redusere risikoen for forurensningshendelser, øker det også kostnadene for kundene og løser ikke det underliggende problemet.
Redusere energi- og karbonkostnader
Energi utgjør en betydelig del av de ekstra behandlings- og transportkostnadene som er forbundet med behandling av I&I. Å redusere energiforbruket representerer derfor også en potensiell besparelse i driftsutgiftene.
Det norske energiverkets energikostnader nådde rekordhøye 0,7 euro/kWh i 2022, en dramatisk økning fra året før på grunn av energikrisen i hele Europa, samtidig som det var andre prisøkninger, blant annet på kjemikalier til avløpsvannbehandling. Med utgangspunkt i selskapets gjennomsnittlige I&I på 1 million m3 vann, betyr dette at selskapet sto overfor en total ekstra driftskostnad på minst 2 millioner euro, 165 000 kWh for høyt strømforbruk og 4,1 tonn for høye karbonutslipp.
Ekstra energiforbruk gir også et høyere karbonavtrykk, så nøyaktig identifisering og utbedring av I&I kan bidra til at nettselskapene oppfyller sine karbonforpliktelser, inkludert netto nullutslippsmål.
Målrettede investeringer
Ved å bruke InfoTiles digital vannprogramvare har den nøyaktige plasseringen, kostnadene, besparelsene og løsningene for I&I blitt tydeligere for forsyningsselskapet. Det kan tas bedre informerte beslutninger om kapital- og driftsinvesteringer for å forbedre de mest sårbare delene av avløpsvanninfrastrukturen og -prosessene.
Uten nøyaktig I&I-overvåking kan nettselskapene gjøre feilinvesteringer, inkludert oppgraderinger av pumper, utskifting av rør og oppgradering av renseutstyr. Dette kan føre til stadig økende driftsutgifter til energi og vedlikehold etter hvert som overskuddsvannet fortsetter å strømme inn i ledningsnettet og gjennomgår rensing.
"Ved å samarbeide tett med det norske energiverket for å forstå og løse deres I&I-utfordringer, har InfoTiles demonstrert beste praksis på dette utfordrende området. Vi ønsker å dele denne utviklingen med andre, slik at andre organisasjoner kan forstå fordelene som digital transformasjon kan gi for viktige, kritiske operasjoner.
Med digital programvareteknologi som InfoTiles kan vannverkene få data om I&I i tilnærmet sanntid og bruke dem til å foreta beregninger og ta informerte beslutninger. For de vannverkene som satser på digital transformasjon, representerer overvåking og forståelse av I&I en betydelig mulighet til å redusere de totale utgiftene, beskytte miljøet og levere bedre tjenester til kunder og lokalsamfunn."
Magne Eide, Chief Operating Officer, InfoTiles.