Stabiele waterkwaliteit door datagestuurde zuiveringen

19 januari 2022

*Dit is een artikel uit het magazine Vitens Innoveert – Thema Zuiveren

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

Volg Ons    

Schrijf je in om op de hoogte te blijven van alle nieuwtjes op deze website

Bedankt voor het aanmelden!

Gerelateerde artikelen

Vitens in MilieuMagazine!

Vitens in MilieuMagazine!

Recent is de derde editie van dit jaar van het MilieuMagazine verschenen waar Vitens een bijdrage aan heeft mogen leveren. Het gaat om het artikel 'Drinkwaterbedrijven zoeken naar nieuwe bronnen'.  “Er is lange tijd niet geïnvesteerd in voldoende uitbreiding van de...

Lees meer
Nieuwe onderzoeksprojecten

Nieuwe onderzoeksprojecten

*Dit is een artikel uit het magazine Vitens Innoveert - Thema Zuiveren 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...

Lees meer