Om goed te kunnen inspelen op nieuwe ontwikkelingen – denk aan verdroging of nieuw ontdekte verontreinigingen – is onderzoek doen cruciaal voor het thema Zuiveren. Naast de lopende onderzoeksprojecten staan er dan ook voortdurend nieuwe op de planning. Thema-ambassadeur Abel Heinsbroek licht een aantal toe.

“Als Vitens gebruiken we voor de productie van drinkwater tot nu toe vrijwel uitsluitend grondwater en oeverfiltraat. Voor het onttrekken daarvan hebben we vergunningen waarin is aangeven hoeveel grondwater we per maand en per jaar mogen oppompen. Tijdens de warme en droge zomers van de afgelopen jaren was in diverse gebieden de watervraag van onze klanten groter dan de hoeveelheid water die we daar mogen onttrekken. We proberen dit probleem onder andere tegen te gaan door onze klanten te stimuleren om zuinig en bewust met water om te gaan. Ondanks dit beleid gaan we ervan uit dat we de komende jaren vaker tegen de grenzen van onze onttrekkingsvergunningen zullen aanlopen. Aangezien het ontwikkelen van nieuwe grondwaterwinningen al gauw tien jaar of meer kost, gaan we daarom binnen twee projecten de mogelijkheden onderzoeken om ook oppervlaktewater als grondstof te gebruiken.”

Ultrapuur water
“Binnen het eerste project willen we bekijken of we met omgekeerde osmose-membranen ultrapuur water kunnen maken door alle ongewenste stoffen uit het oppervlaktewater te verwijderen. Vervolgens willen we dit ultrapure water bijmengen met gezuiverd grondwater. Als dit blijkt te werken, gaan we een membraaninstallatie bouwen die modulair en eenvoudig is op en af te bouwen. Dat maakt het mogelijk om de installatie snel in te zetten in gebieden waar we – al dan niet tijdelijk – niet genoeg grondwater kunnen oppompen en waar we onvoldoende controle hebben op de kwaliteit van het gebruikte oppervlaktewater.”

“Als het lukt om uitsluitend de probleemstoffen te verwijderen, heb je een veel efficiëntere oplossing”

Abel vervolgt: “Een nadeel van omgekeerde osmose is dat het gepaard gaat met een hoog energiegebruik. Bovendien krijg je water dat niet gelijk geschikt is als drinkwater, doordat alle mineralen eruit zijn verwijderd. Daarom willen we ook onderzoeken of we met membraanfiltratie direct betrouwbaar drinkwater kunnen maken. Immers, als het lukt om uitsluitend de probleemstoffen te verwijderen heb je een veel efficiëntere oplossing. Om deze zuiveringstechniek te testen, willen we langs de IJssel een proefinstallatie plaatsen en die vervolgens minimaal een jaar laten draaien. Op die manier kunnen we zien of membranen goed genoeg als barrière werken, hoe snel ze vervuilen en hoe ze zich op de langere termijn gedragen. Tegelijkertijd doen we als Vitens belangrijke ervaring op met het zuiveren van nieuwe bronnen en alles wat daarbij komt kijken.” 

Proefhal
Een ander onderzoeksproject is volgens Abel de bouw van een proefhal in Friesland. “We willen daar uiteindelijk een compleet nieuwe zuivering ontwikkelen, die gebruik maakt van alle innovatieve technieken die we de afgelopen jaren op andere productielocaties hebben onderzocht. We hopen op die manier de meeste duurzame, innovatieve en energiezuinige zuivering te ontwerpen. Ons plan is om vanaf volgend jaar proeven te gaan doen. Daarvoor willen we drie parallelle zuiveringsstraten bouwen, één met conventionele technieken en twee met een combinatie van innovatieve technieken, en gedurende een jaar bekijken welke het beste werkt. Vervolgens gaan we de nieuwe zuivering daarmee uitrusten.”

“Weer een ander project betreft onderzoek naar de verwijdering van PFAS. Deze toxische stoffen breken nauwelijks of niet af en worden steeds vaker in het milieu aangetroffen. Dat betekent dat we als drinkwaterbedrijven serieus rekening moeten houden met deze schadelijke stoffen. Op onze bestaande zuiveringen kunnen we tot nog toe met actieve kool en membraanfiltratie PFAS afdoende verwijderen. Anticiperend op een groter aandeel van oppervlaktewater voor onze drinkwaterproductie gaan we modelmatig onderzoek doen naar de verwijdering van PFAS met koolfiltratie.”

“Methaan als sterk broeikasgas willen we niet laten ontsnappen, dus zoeken we naar nuttige toepassingen die zorgen voor een verlaging van de milieubelasting”

Methaanvalorisatie
Op de verschillende productielocaties onttrekt Vitens steeds meer opgelost methaan uit het grondwater. Abel: “Methaan is een sterk broeikasgas. Daarom willen we het onttrokken methaan niet naar de lucht laten ontsnappen en zoeken we naar nuttige toepassingen die zorgen voor een verlaging van de milieubelasting. Bij deze zoektocht werken we intensief samen met het team van het thema Circulaire Economie en Maatschappij. Aangezien de hoeveelheid onttrokken gas per locatie verschilt evenals de toepassingsmogelijkheden in de directe omgeving – denk aan het benutten van het gas voor gebouwverwarming of het bijmengen van het methaan aan het biogas van een mestvergister – zullen we per locatie de meest kansrijke mogelijkheden in kaart brengen. En mocht er echt geen nuttige toepassing zijn, dan kunnen we het gas altijd nog affakkelen, omdat de CO₂ die daarbij vrijkomt een aanzienlijk kleiner broeikasgaseffect heeft dan methaan.”

Het laatste innovatieproject dat Abel noemt is gericht op de ontwikkeling van een pelletreactor voor het ontijzeren van grondwater: “We willen samen met de TU Delft onderzoeken of we voor de verwijdering van ijzer een continu proces kunnen ontwikkelen, zodat we geen zandfilters meer hoeven terug te spoelen. Daarbij denken we aan een compacte pelletreactor, waarin het ijzer zich in laagjes hecht aan het korrelvormige materiaal en je alleen af en toe wat van dit materiaal hoeft af te tappen. Voorjaar 2022 beginnen we met een eerste proefonderzoek op kleine schaal op ons productiebedrijf in Wierden.”

Bijdragen?
Wilt u bijdragen aan het innovatieprogramma van Vitens binnen dit thema? Neem dan contact op met abel.heinsbroek@vitens.nl

Bij het verwijderen van ongewenste zouten uit grondwater met omgekeerde osmose ontstaat tot nu toe een waterverlies van ongeveer twintig procent. Door het geregeld wisselen van de stroomrichting kan dit verlies omlaag naar zeven procent. Dat zorgt niet alleen voor waterbesparing, maar ook voor een lager energie- en chemicaliënverbruik. Onderzoek naar een andere methode om het waterverlies te verminderen loopt nog.

“Omgekeerde osmose is heel geschikt om zouten uit ons ruwwater te verwijderen”, vertelt procestechnoloog en membraanexpert Bas Rietman. “Bij deze techniek persen we water onder een druk van zeven tot acht bar door membranen, die in buizen zijn gemonteerd en meer dan 98 procent van de opgeloste zouten tegenhouden. Hierbij ontstaat schoon permeaat – water waaruit de zouten zijn verwijderd – en een concentraatstroom van water met alle achtergebleven zouten. Tijdens het proces neemt de concentratie zouten aan de voedingszijde van het membraanoppervlak zodanig toe, dat er zouten gaan neerslaan op het membraanoppervlak. Daardoor neemt de doorlatendheid af en is het niet meer efficiënt om door te gaan met de productie van permeaat. Door een soort vloeibare calgon aan het voedingswater toe te voegen, kunnen we neerslag van zouten een tijdje voorkomen, maar uiteindelijke moeten we het membraanconcentraat afvoeren.”

“We zijn gaan nadenken hoe we waterverlies kunnen gaan minimaliseren, omdat ongeveer twintig procent van het voedingswater verloren gaat door de afvoer van het concentraat”

Waterverlies minimaliseren
“Door de afvoer van het concentraat gaat ongeveer twintig procent van het voedingswater verloren”, legt procestechnoloog Nico Wolthek uit. “Dat is niet alleen zonde van het water, maar ook van de energie die nodig is om dit water op te pompen en onder druk te brengen en van de chemicaliën die we aan dit deel van het voedingswater toevoegen. Daarom zijn we gaan nadenken hoe we het waterverlies kunnen minimaliseren. Dat heeft geleid tot twee onderzoeksprojecten. Bij het eerste – dat we inmiddels hebben afgerond – hebben we onderzocht of we het waterverlies kunnen beperken door het hele membraanfiltratieproces te verbeteren. Binnen het tweede onderzoeksproject gaan we na of we het waterverlies kunnen terugdringen door de concentraatstroom na te behandelen.”

Nico vervolgt: “Voor het eerste project hebben we de mogelijkheden van feed flow reversal onderzocht. Het principe van deze techniek is dat je stroomrichting van het voedingswater verandert vlak voordat de zouten gaan neerslaan op het membraanoppervlak. Dit neerslaan begint altijd in het laatste deel van de membraanbuizen. (zie afbeelding ROTEC) De zoutconcentratie is hier het hoogst, omdat dit deel het verst verwijderd is van het punt waar het voedingswater binnenkomt. Door de stroomrichting om te draaien en het voedingswater toe te voegen via de leiding waar eerst de concentraatstroom werd afgetapt, daalt de zoutconcentratie in dit deel van de buis weer.” 

“Op productielocatie Het Engelse Werk hebben we naast de bestaande membraaninstallatie een proefinstallatie gebouwd die met hetzelfde ruwwater werd gevoed. Uit de testen met deze installatie blijkt dat we het waterverlies kunnen reduceren tot zeven procent. Dat is een mooi resultaat. Toch onderzoeken we ook nog de andere manier om het waterverlies terug te dringen. Als we feed flow reversal namelijk willen toepassen, dan moeten we de bestaande installaties van veel extra kleppen en complexe regeltechniek voorzien. Dat vergt niet alleen forse investeringen, maar leidt ook tot meer onderhoud.”

“Het voordeel van deze techniek is dat je de bestaande installaties kunt blijven gebruiken, waardoor de investeringskosten een stuk lager zijn”

Indikken concentraatstroom
Bas: “Binnen het tweede onderzoek verkennen we de mogelijkheden om de concentraatstroom verder in te dikken. Daarbij kijken we vooral naar een techniek die closed circuit omgekeerde osmose heet. Deze techniek komt erop neer dat je extra water onttrekt uit de concentraatstroom en om de zoveel tijd het ingedikte concentraat als het ware wegblaast. In de loop van 2022 hopen we dit onderzoek af te ronden.”

Nico vult aan: “Het voordeel van deze techniek is dat je de bestaande installaties kunt blijven gebruiken en er alleen een kleine installatie naast hoeft te zetten om de concentraatstroom – die relatief een klein volume heeft – na te behandelen. De investeringskosten zijn daardoor een stuk lager dan bij het geschikt maken van de membraaninstallaties voor feed flow reversal.”

Geïnspireerd?

Voor meer informatie of een samenwerking kunt u contact opnemen via bas.rietman@vitens.nl of nico.wolthek@vitens.nl

Zandfiltratie is al decennialang een veel toegepast zuiveringsproces binnen de drinkwatersector. Toch wordt de werking van zandfilters nog altijd slecht begrepen. Het NWO-onderzoeksprogramma Zandfiltratie, dat Vitens samen met drinkwaterbedrijf Dunea uitvoert en waaraan tien promovendi meewerken, moet daar verandering in brengen.

Zandfiltratie is een bewezen techniek en het oudste en meest toegepaste zuiveringsproces bij Vitens”, legt procestechnoloog Frank Schoonenberg uit. “Een zandfilter verwijdert onder andere ijzer, mangaan en ammonium dat in het water is opgelost. Anders dan vaak gedacht is een zandfilter niet een simpele zeef maar een soort reactor, waarin zowel fysische, chemische als biologische processen plaatsvinden die elkaar ook nog eens beïnvloeden. Hoe die beïnvloeding gaat en op welke manier de verschillende processen verlopen weten we eigenlijk niet goed. Ondanks de langdurige toepassing van zandfiltratie zijn zandfilters nog grotendeels een ‘black box’ en begrijpen we vaak niet waarom het ene zandfilter goed werkt en het andere niet.”

“Ondanks de langdurige toepassing van zandfiltratie, zijn zandfilters nog grotendeels een black box”

Kruisbestuiving
“Om het inzicht in de werking van zandfilters te vergroten zijn we samen met drinkwaterbedrijf Dunea en met financiële ondersteuning van de NWO, de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, het onderzoeksprogramma Zandfiltratie gestart. Dit programma is in 2020 begonnen en bestaat uit vijf onderzoeksprojecten, waaraan maar liefst vijf Nederlandse universiteiten en drie onderzoeksinstituten deelnemen. Drie van deze onderzoeksprojecten richten zich op snelle zandfiltratie en zijn uiterst relevant voor Vitens. Deze projecten worden uitgevoerd door de TU Delft, de Universiteit Utrecht en de Radboud Universiteit Nijmegen. Elk project wordt uitgevoerd door twee promovendi van twee verschillende vakgroepen. Hiervoor is gekozen, omdat op deze manier verschillende inzichten worden gecombineerd en kruisbestuiving plaatsvindt. Voor de onderzoeken maken de promovendi gebruik van filtermateriaal en water van Vitens en Dunea.”

“De onderzoeken zijn allemaal vrij fundamenteel en richten zich op allerlei aspecten van zandfiltratie. Zo proberen Utrechtse en Nijmeegse onderzoekers de afzonderlijke microbiologische en geochemische processen in beeld te krijgen die plaatsvinden in zandfilters. Daartoe combineren ze moderne DNA-analyses met geochemische metingen. Met de DNA-analyses kunnen ze alle bacteriën inventariseren die in de zandfilters zitten én actief zijn. De geochemische metingen – waarvoor de onderzoekers onder andere microscopische foto’s maken – brengen heel nauwkeurig in kaart op welke plekken in een zandfilter het ijzer en mangaan worden geadsorbeerd. Ook ons eigen laboratorium levert een bijdrage aan de onderzoeksprojecten. Zo meten onze collega’s met een real time kwantitatieve PCR-methode de hoeveelheid ijzeroxiderende bacteriën in de zandfilters.”

Procesoplossingen
“De Delftse onderzoeken worden uitgevoerd door promovendi van de vakgroepen biotechnologie en watermanagement. Zij onderzoeken onder andere welke aanpassingen van de procesomstandigheden leiden tot een betere werking van zandfilters. Ook gaan ze na of er efficiëntere procesoplossingen mogelijk zijn. Als bijvoorbeeld blijkt dat verschillende processen elkaar negatief beïnvloeden of los van elkaar beter functioneren, dan kan het zinvol zijn om ze ‘uit elkaar te trekken’. Dit uiteentrekken van processen hebben wij gedaan bij de proefinstallatie op onze productielocatie Hammerflier. Daar verwijderen we in een zandfilter onder relatief zuurstofarme omstandigheden eerst het ijzer. Vervolgens verhogen we het zuurstofgehalte met beluchting en halen we in een andere filter het mangaan en ammonium uit het water.”

“Als we beter begrijpen hoe processen werken, kunnen we ze verder optimaliseren en efficiënter ontwerpen”

Frank is enthousiast over het onderzoeksprogramma: ”Dit soort diepgaand langetermijnonderzoek is heel geschikt om zuiveringsprocessen die we al heel lang toepassen, maar desondanks niet goed begrijpen, beter te doorgronden. Daarbij gaat het vanzelfsprekend niet alleen om het doorgronden. Immers, als we beter begrijpen hoe processen werken, kunnen we ze in de toekomst verder optimaliseren en efficiënter ontwerpen.”

Geïnspireerd?
Voor meer informatie of een samenwerking kunt u contact opnemen via frank.schoonenberg@vitens.nl

Vitens moet de bedrijfsvoering aanpassen om ook in de toekomst voldoende drinkwater van goede kwaliteit te kunnen leveren. Daarvan zijn beleidsadviseur infrastructuur-strategie Rian Kloosterman en leading professional Doeke Schippers overtuigd. Volgens hen zijn innovatie- en onderzoeksprojecten onmisbaar om tot slimme en efficiënte aanpassingen te komen.

“Als je kijkt naar onze huidige drinkwaterinfrastructuur, dan durf ik zonder schroom te stellen dat die niet voldoet in 2050 of later”, zegt Rian. “De flexibiliteit is bijvoorbeeld onvoldoende om de gevolgen van klimaatverandering op te vangen. Zo zagen we de afgelopen warme en droge zomers al dat de watervraag van onze klanten in een aantal gebieden groter was dan de hoeveelheid water die we volgens onze vergunningen mogen onttrekken. Dat was bijvoorbeeld het geval op de hoge zandgronden in het oostelijke deel van ons voorzieningsgebied. Daar onttrekken we grondwater uit kwetsbare watersystemen, waardoor de kans op droogteschade relatief groot is. Aangezien dit soort negatieve omgevingseffecten door klimaatverandering wordt versterkt, zullen we deze winningen op termijn mogelijk moeten sluiten.”

“Op deze manier worden we minder afhankelijk van lokale omstandigheden en krijgt onze infrastructuur meer veerkracht”

“In andere delen van ons gebied hebben we deze problemen niet. Daar pompen we grondwater op uit dikke watervoerende lagen en hebben de onttrekkingen nauwelijks effect op de omgeving. Het plan is om in de toekomst meer water uit deze ‘strategische harten’ te winnen. Verder willen we een net van transportleidingen aanleggen, waarmee we dit water snel naar andere gebieden kunnen transporteren. Op die manier worden we minder afhankelijk van lokale omstandigheden en krijgt onze infrastructuur meer veerkracht.”

Rian vervolgt: “Het ontwikkelen van extra winningen en de aanleg van een transportnetwerk is een kwestie van lange adem. Daarom onderzoeken we nu de mogelijkheden om oppervlaktewater met membraanfiltratie te zuiveren, zodat we eventuele watertekorten de komende jaren al kunnen opvangen. Tegelijkertijd doen we met deze onderzoeksprojecten kennis op hoe we in de toekomst van andere waterkwaliteiten goed drinkwater kunnen produceren.”

“Softsensoren in combinatie met het dashboard zijn fantastische instrumenten om operators bij hun werkzaamheden te ondersteunen”

Kwaliteit beheersen
Naast een veerkrachtige infrastructuur streven we er ook naar om de kwaliteit van ons geproduceerde water zo goed mogelijk en real time te beheersen”, vult Doeke aan. “Om dat te bereiken voeren we het project SLIMM uit. In eerste instantie hebben we als proef bij een zuivering zoveel mogelijk sensoren geplaatst om alle procescondities continu te kunnen volgen. Al gauw kwamen we erachter dat dit niet de oplossing is, omdat sensoren veel onderhoud vergen. Bovendien zou de aanschaf van sensoren voor alle zuiveringen een enorme investering vragen. Daarom zijn we naar andere oplossingen gaan kijken. Dat heeft geleid tot de ontwikkeling van zogeheten softsensoren, die op basis van een beperkt aantal meetwaarden de gewenste gegevens berekenen. In combinatie met het dashboard hebben we daarmee een fantastisch instrumentarium om operators bij hun werkzaamheden te ondersteunen. En de digitale tweelingen die binnen SLIMM zijn ontwikkeld, bieden goede mogelijkheden om zuiveringsprocessen te verbeteren.”

“De digitale tweelingen die binnen SLIMM zijn ontwikkeld, bieden goede mogelijkheden om zuiveringsprocessen te verbeteren”

“Een andere doelstelling voor de lange termijn – die voortvloeit uit onze ambitie om onze bedrijfsvoering zo duurzaam mogelijk te maken – is om alles wat we uit de bodem halen zo effectief mogelijk te gebruiken”, vervolgt Doeke. “Het onderzoek naar het terugdringen van het waterverlies bij omgekeerde osmose is een goed voorbeeld, evenals de proef op Hammerflier met vacuümontgassing. Daar verwijderen we met membranen 99% van het broeikasgas methaan uit het grondwater, waarbij we vrijwel puur methaan overhouden dat nuttig gebruikt kan worden. Ook stoffen als calciumcarbonaat en humuszuur weten we met selectieve scheidingstechnieken zodanig terug te winnen, dat we ze als nuttige grondstoffen kunnen verkopen. Een ander voorbeeld is het onderzoek naar ijzerverwijdering met een pelletreactor. Als we deze manier van ontijzering voor elkaar krijgen, houden we een reststroom over die waarschijnlijk veel beter is te hergebruiken. En mocht dat niet mogelijk zijn, dan nemen de kosten om de reststroom af te voeren in ieder geval enorm af. Immers, de pellets bestaan grotendeels uit ijzer, terwijl het ijzerslib dat we overhouden bij ontijzering met zandfilters voor 92% uit water bestaat.”   

Veilig en gezond
Rian: “Vanzelfsprekend blijft ook op de lange termijn ons hoofddoel het produceren en leveren van veilig en gezond drinkwater. Gezien het toenemende aantal ongewenste, door de mens gemaakte stoffen in het milieu – denk aan medicijnresten, bestrijdingsmiddelen en resistente stoffen als PFAS – is dat een forse uitdaging. Zeker als we in de toekomst door klimaatverandering en grotere piekvragen naast grondwater steeds meer gebruik zullen moeten maken van andere bronnen met een veel wisselender kwaliteit. Onderzoeken naar nieuwe zuiveringsprocessen om dit soort stoffen zo effectief mogelijk te verwijderen, blijven dan ook noodzakelijk.”

Bijdragen?
Wilt u bijdragen aan het innovatieprogramma van Vitens binnen dit thema? Neem dan contact op via rian.kloosterman@vitens.nl of doeke.schippers@vitens.nl

Vitens werkt sinds 2010 aan het innovatieproject SLIMM, dat staat voor Self Learning Integrated Model based Management. Doel van dit project is het digitaliseren en automatiseren van de zuiveringsprocessen, zodat de kwaliteit van het geproduceerde drinkwater continu kan worden beheerst. Procestechnologen Nico Wolthek en Rein Wuestman van Vitens vertellen over dit ambitieuze en veelomvattende project.

“Toen we met SLIMM startten, waren er diverse redenen om de zuiveringen te digitaliseren en automatiseren” vertelt Nico. “Als Vitens hebben we meer dan negentig productielocaties die allemaal verschillend zijn. In het verleden werd elke locatie door een operator bediend, die vaak tientallen jaren ervaring had en als het ware kon horen, ruiken en proeven of de processen goed verliepen. Veel van deze ervaren rotten zijn inmiddels met pensioen of gaan dat de komende jaren. We moesten dus iets slims verzinnen om de kennis in huis te houden.”

Rein noemt een andere reden: “Onze ervaren procesoperators wisten weliswaar goed hoe ze de zuiveringsprocessen moesten instellen en bedienen, maar optimaliseerden vooral op de hoeveelheid geproduceerd drinkwater. De waterkwaliteit werd alleen bewaakt door om de zoveel tijd watermonsters te laten analyseren in ons laboratorium in Leeuwarden. Daardoor liepen we het risico dat we ongewenste afwijkingen niet op tijd signaleerden. Deze werkwijze paste niet goed bij onze ambitie om altijd drinkwater van hoge kwaliteit te leveren. Voor het verwezenlijken van die ambitie moeten we real time kunnen sturen op de waterkwaliteit. Een dergelijke aanpak vereist dat we continu weten wat de kwaliteit van het ingaande water is en hoe goed de verschillende zuiveringsstappen verlopen. Dat kan door alle zuiveringen te voorzien van heel veel sensoren, maar dat vergt enorme investeringen en veel onderhoud. Daarom hebben wij voor een andere aanpak gekozen.”

Digitale tweelingen
“Onze aanpak komt er op neer dat we van elke zuivering een digitale tweeling maken”, legt Nico uit. “Dat is een simulatiemodel dat nauwkeurig de route beschrijft die het water op een productielocatie doorloopt – vanaf de winningsputten tot in de reinwaterkelder – evenals de verschillende zuiveringsprocessen. Belangrijk onderdeel van deze digitale tweelingen zijn softwaresensoren, ook wel softsensoren genoemd. Dit zijn rekenmodellen waarmee we de belangrijkste processtappen kunnen doorrekenen. We hebben bijvoorbeeld een sensor ontwikkeld waarmee we continu de kwaliteit van het ruwwater kunnen berekenen. Elke productielocatie wordt gevoed vanuit meerdere winputten, elk met een specifieke waterkwaliteit. Tussen de putten wordt voortdurend geschakeld, onder andere om putverstopping te voorkomen. Hierdoor heeft het binnenkomende water steeds een andere waterkwaliteit, wat van invloed is op de verschillende zuiveringsstappen.”

“De komende jaren blijven we nieuwe sensoren ontwikkelen, zodat we de meest complexe processen kunnen simuleren”

“Op eenzelfde manier hebben we een softsensor gemaakt waarmee we de hardheid kunnen berekenen van het water dat uit een onthardingsreactor komt. Ook hebben we sensoren ontwikkeld waarmee we kunnen voorspellen op welk moment een plaatbeluchter moet worden gereinigd, hoeveel kalkafzetting er plaatsvindt of welke dosering van een bepaalde stof nodig is. De komende jaren blijven we nieuwe sensoren ontwikkelen, zodat we in de toekomst ook de meest complexe processen kunnen simuleren. Om elke softsensor te valideren vergelijken we de berekende waarden met de waarden die het laboratorium meet. Dit doen we regelmatig, om de voorspellingskracht van de sensoren steeds verder te verbeteren. ”

“We hebben dashboards gemaakt waarop per productielocatie real time de eigenschappen van het geproduceerde water te zien zijn”

Centrale database
Rein: “Een centrale database vormt het hart van onze digitaliseringsoperatie. De uitkomsten van laboratoriumonderzoek, de meetwaarden van fysieke sensoren en alle gegevens van de assets op de verschillende productielocaties – zoals de aanwezige zuiveringsprocessen, de afmetingen van leidingen en bijvoorbeeld de capaciteit van pompen – slaan we op in deze database. Al deze gegevens gebruiken we als input voor onze softsensoren. De uitkomsten van de berekeningen komen ook in de database te staan. Vervolgens gebruiken we de opgeslagen gegevens om onze operators te ondersteunen. We hebben bijvoorbeeld dashboards gemaakt waarop ze per productielocatie real time de eigenschappen van het geproduceerde water kunnen zien zoals de hardheid, de pH en de troebelingsgraad.”

“Ondertussen hebben ongeveer vijftig van onze productielocaties een digitale tweeling en is de digitalisering ingebed in de dagelijkse productie. In eerste instantie gebruikten we de gegevens uit de SLIMM-database vooral om onze operators te informeren. We benutten de gegevens inmiddels ook om hen te adviseren over optimale instellingen, zowel voor de waterkwaliteit als voor het energiegebruik en de dosering van chemicaliën.  Uiteindelijk hopen we de gegevens ook te kunnen gebruiken om dynamische processen – zoals de natronloogdosering – echt aan te sturen, zodat we niet meer volledig afhankelijk zijn van operators.”

“De simulaties zorgen voor minder ongewenste kwaliteitsafwijkingen en zijn ook te gebruiken voor het opleiden van nieuwe mensen”

Scenario’s doorrekenen
Nico benadrukt dat de digitalisering niet alleen zorgt voor een verbetering van de dagelijkse bedrijfsvoering van de productielocaties – er zijn bijvoorbeeld veel minder ongewenste kwaliteitsafwijkingen –  maar ook een aantal andere voordelen heeft: “De digitale tweelingen zijn heel geschikt voor het opleiden van nieuwe mensen. Verder bieden ze – anders dan de productielocaties zelf – de kans om met instellingen te spelen. Je kunt bijvoorbeeld allerlei scenario’s doorrekenen om te zien hoe je tegen zo laag mogelijke kosten en een minimaal energie- en chemicaliëngebruik, de gewenste waterkwaliteit kunt produceren. Dat sluit fantastisch aan bij de Vitensbrede ambitie ‘Elke druppel duurzaam in 2030’.”

In huis ontwikkeld
Het innovatieproject SLIMM is begonnen met een proefproject op de zuivering Oldeholtpade. Vitens werkte hierbij samen met partijen uit binnen- en buitenland. Nadat bleek dat de resultaten goed waren, besloot Vitens om zelfstandig verder te gaan. Rein: “Sindsdien doen we bijna alles zelf, zonder externe partijen. Voor het ontwikkelen van de softwaresensoren en digitale tweelingen passen we vooral open source software toe. Het ‘in eigen huis’ ontwikkelen heeft een aantal voordelen. In de eerste plaats zijn de externe kosten gering en hoeven we alleen te investeren in onze eigen uren. Een ander voordeel is dat we alles goed kunnen afstemmen op onze bedrijfsprocessen. En heeft een gebruiker specifieke wensen dan kunnen we daar eenvoudig op anticiperen.” 

Geïnspireerd?
Voor meer informatie of een samenwerking kunt u contact opnemen via nico.wolthek@vitens.nl of rein.wuestman@vitens.nl