C o l o f o n. WLN Eindrapport Project SAWA, Sensors And WAter juli 2013 redactie: M. Buitenkamp, Anantis

Eindrapport SAWA

1

Colofon

WLN Eindrapport Project SAWA, Sensors And WAter juli 2013 redactie: M. Buitenkamp, Anantis

2

Inhoud

Samenvatting

4

1.

Inleiding

6

2.

Drentsche Aa 2.1 Doel 2.2 Resultaten per sensor 2.2.1 AquaExplorer/NHL/LSRD 2.2.2 Capilix/NHL 2.2.3 Interline 2.2.4 MicroLAN: iTOX zware metalen 2.2.5 KWR/2M Sensors 2.3 Resultaten praktijkproeven 2.4 Conclusies voor het deelproject

7 7 7 7 8 10 11 12 14 14

3.

Monitoring distributienet 3.1 Doel 3.2 Resultaten per sensor 3.2.1 AquaExplorer/LSRD 3.2.2 Bright Spark 3.2.3 Interline 3.2.4 2M Sensors 3.3 Resultaten voor het deelproject: veldproeven en data-analyse 3.4 Conclusies deelproject

15 15 16 16 17 19 19 20 22

4.

Nagroei 4.1 Doel 4.2 Resultaten per sensor 4.2.1 Bright Spark 4.2.2 Capilix/NHL 4.2.3 MicroDish 4.3 Conclusies voor Nagroei

23 23 23 23 25 26 27

5.

SenTec: Sensor Test- en ontwikkelcentrum

28

6.

Conclusies en aanbevelingen

29

Bijlage deelnemers SAWA

32

3

Samenvat t ing In ruim drie jaar heeft het project Sensors and Water, SAWA, aan-

Drentsche Aa

sprekende resultaten behaald. Dat geldt in de eerste plaats voor

Doel van het deelproject Drentsche Aa was het ontwikkelen van een

de deelnemende bedrijven die door SAWA nieuwe sensoren hebben

systeem dat online de waterkwaliteit bewaakt. Dit systeem moet

ontwikkeld voor de drinkwatersector. Een aantal van hen gaat na

binnen twee uur verontreinigingen signaleren en aangeven wat er

afloop van SAWA met deze sensoren de markt op. Andere bedrijven

aan de hand is. Het deelproject Drentsche Aa heeft drie goed wer-

verwachten binnen afzienbare tijd de stap naar de markt te kunnen

kende sensoren opgeleverd, die ontwikkeld zijn door de bedrijven

maken. De bedrijven die bij de start van SAWA alleen een meetprin-

Interline, AquaExplorer en Capilix.

cipe hadden, hebben na afloop van SAWA nog enkele jaren nodig

De sensor van Capilix werkt op basis van microchip capillaire elek-

om een goed werkend prototype te maken. Zij hebben door SAWA

troforese technologie en meet geautomatiseerd een aantal relevante

wel een enorme versnelling in de ontwikkeling van het principe

kationen en zware metalen. Mede op basis van deze positieve resul-

weten te bereiken.

taten heeft Capilix een strategische partner gevonden in Metrohm, een Zwitserse multinational, om het bedrijf verder uit te bouwen.

Ook voor waterbedrijven was deelname aan SAWA nuttig. Zo gaan

De ToxBox van AquaExplorer gebruikt genetisch gemodificeerde bac-

WLN en de waterbedrijven gebruik maken van de binnen SAWA ont-

teriën om bepaalde giftige stoffen te kunnen opsporen. Het bedrijf

wikkelde kennis en technologie. Zij verwachten daarmee de kwali-

heeft inmiddels patent op het sensorsysteem aangevraagd. AquaEx-

teit van het drinkwater efficiënter te kunnen bewaken en de

plorer heeft de sensor ontwikkeld in nauwe samenwerking met stu-

drinkwaterproductieprocessen te kunnen optimaliseren. Duidelijk is

denten en docenten van de Noordelijke Hogeschool Leeuwarden.

geworden dat voor de toepassing van sensoren een goed data ma-

Interline heeft de i::scan sensor verbeterd. Door inzet van LED ver-

nagement systeem van essentieel belang is.

lichting wordt de kostprijs gedrukt, terwijl de kwaliteit van de metingen verder verbetert. De sensor komt in de tweede helft van

Het sensortestcentrum SenTec bleek te voorzien in een belangrijke

2013 op de markt.

behoefte bij de sensorontwikkelaars. De bedrijven konden hier, met

KWR/2M Sensors heeft in SAWA gewerkt aan drie verschillende ver-

ondersteuning van WLN, hun sensoren testen en data vergelijken

sies van de Toxsensor. Hiervan zijn twee getest in SenTec. Proble-

met die van andere bedrijven.

men met de elektronica zijn aan het eind van SAWA helaas nog niet opgelost. 2M Sensors gaat na SAWA door met de ontwikkeling van

Voor kennisinstellingen bood SAWA bijzondere mogelijkheden om in

deze sensor, omdat het meetprincipe veelbelovend is. MicroLAN ten

de praktijk te werken met innovatieve technologie. Studenten en

slotte heeft tijdens het project besloten de optimalisatie van de

docenten zijn bij de ontwikkeling van diverse sensoren betrokken

sensor te stoppen, omdat het niet lukte om de voor de sensor be-

geweest. Zij konden zo wetenschappelijke kennis inbrengen en be-

nodigde filtratie goed te laten functioneren.

langrijke praktijkervaring opdoen. Distributie Alle deelnemers zijn enthousiast over en trots op de kennisontwik-

In dit deelproject ging het om het testen van slimme sensoren die

keling die in SAWA heeft plaatsgevonden en het netwerk van MKB-

online en real time de kwaliteit van het water in de gaten houden

bedrijven, kennisinstellingen en waterbedrijven dat is ontstaan.

in het distributienet. Een goed detectiesysteem verbetert de effi-

SAWA bood een goed platform voor innovatieve ontwikkelingen op

ciëntie en betekent een behoorlijke kostenreductie. Binnen dit

het gebied van sensortechnologie en water.

deelproject is een aantal veldproeven in het leidingnet van de waterbedrijven in Groningen en Drenthe uitgevoerd. Hiermee is de

Deelprojecten

toepasbaarheid van verschillende sensoren onderzocht. Aan het

SAWA bestond uit drie deelprojecten. In het deelproject Drentsche

deelproject deden de bedrijven AquaExplorer, Bright Spark, Inter-

Aa zijn sensoren ontwikkeld die de kwaliteit van water meten bij de

line en 2M Sensors mee. AVIC heeft een belangrijke bijdrage gele-

inname voor de drinkwaterproductie. In het deelproject Distributie

verd aan het online verzamelen van data.

ging het om sensoren die de kwaliteit meten van het drinkwater in

AquaExplorer kan met de AquaScope bepaalde bacteriën uit het

het leidingnet. Het deelproject Nagroei ten slotte moest sensoren

water filteren en opsporen. Na een periode van testen in SenTec

opleveren die de groei van bacteriën in het distributienet kunnen

heeft de AquaScope met succes meegedraaid in de veldproef in

meten en voorspellen.

Bedum. Voor zover bekend heeft AquaExplorer als eerste een auto-

4

noom systeem voor biosensoring ontwikkeld dat betrouwbare micro-

hebben de ontwikkeltijd met enkele jaren weten te verkorten. In

biologische data oplevert. Inmiddels is voor het systeem patent

het schema is te zien welke ontwikkeling de sensoren hebben door-

aangevraagd.

gemaakt in SAWA.

De sensor van het bedrijf Bright Spark werkt met radiogolven. De coax sensor kan hiermee aangroei in het distributienet aantonen. Voor SAWA heeft Bright Spark drie verschillende prototypes van de coax sensor ontwikkeld en getest. Conclusie van de veldproeven is dat de gevoeligheid van de sensoren verder verbeterd moet worden om te kunnen concurreren met bestaande systemen. Hiervoor is aanvullend wetenschappelijk onderzoek nodig. De druk, flow en temperatuur sensoren van Bright Spark blijken marktwaarde te hebben. Interline heeft de sensor i::scan ook ingezet voor het deelproject distributie. Na de eerste veldtest in het leidingnet van de WMD is de sensor verbeterd. Bij een tweede test was sprake van weinig tot geen uitval en betrouwbare meetresultaten. Na de deelname aan SAWA blijkt dat de sensor goed te gebruiken is voor metingen in het distributienet. Het bedrijf 2M Sensors nam met een microbiologische en een flowsensor deel aan SAWA. Voor beide sensoren geldt dat de ontwikkeling nog niet is afgerond en na SAWA voortgezet zal worden. SenTec Nagroei

SenTec, het Sensor Test en ontwikkelcentrum, op loopafstand van

Bij dit deelproject ging het om sensoren die nagroei in het distri-

WLN had een spilfunctie binnen SAWA. Het is bijzonder waardevol

butienet snel kunnen signaleren en kwantificeren. Ze moeten in

gebleken voor het optimaliseren en valideren van de sensoren. Elke

staat zijn om nagroei en de componenten die nagroei veroorzaken

sensorbouwer had een eigen test plek en kon testen met zes ver-

online te meten. Aan het deelproject namen de bedrijven Capilix,

schillende typen water. Voor het werken met Genetisch Gemodifi-

Bright Spark en MicroDish deel.

ceerde Organismen heeft SenTec een aparte testruimte die voldoet

Bright Spark heeft met hetzelfde type sensor meegedaan als in het

aan alle veiligheidseisen. Er zijn diverse spike- en doseerexperimen-

deelproject Distributie. De sensor bleek in staat om kwalitatief ver-

ten met succes uitgevoerd. WLN heeft het uitvoeren van de testen

vuiling te meten, maar zal verder door ontwikkeld worden om de

technisch en inhoudelijk ondersteund.

gevoeligheid te vergroten en een kwantitatieve relatie tussen het meetsignaal en de hoeveelheid nagroei te kunnen vaststellen.

Na SAWA

Capilix heeft de microchip die werkt op basis van capillaire elektro-

SAWA heeft het thema sensoren en water op de kaart gezet in de

forese ingezet. Voor Nagroei heeft het bedrijf een dubbel systeem

drinkwater sector met goede resultaten. Op het succes van SAWA

ontwikkeld dat tegelijkertijd anionen en kationen kan meten. De

wordt voortgebouwd, met WLN als centrale speler. SAWA heeft een

meetresultaten waren goed, maar voor nagroei is niet helemaal de

positief effect gehad op de Noord Nederlandse economie en werk-

vereiste detectielimiet gehaald. Capilix richt zich nu samen met Me-

gelegenheid. Niet alleen door de positionering van WLN als expert

trohm op de enkelvoudige systemen.

op het gebied van sensoren en drinkwater, maar ook door de ont-

MicroDish werkt met een Flow Cell, een heel kleine sensor die op

wikkeling van noordelijke innovatieve sensor bedrijven, zoals Aqua

basis van celdeling van verschillende bacteriën de nagroeipotentie

Explorer, Capilix en Bright Spark.

kan meten. In SAWA is bewezen dat dit een werkende sensor kan opleveren, maar er zijn nog praktische problemen op te lossen voordat deze veelbelovende methode in de praktijk kan worden toegepast. De versnelling Met het project SAWA hebben alle sensorleveranciers een enorme sprong kunnen maken met het ontwikkelen van hun sensoren. Velen

5

1

Inleiding

Dit is het eindrapport van het project SAWA, Sensor And Water.

In de hoofdstukken 2, 3 en 4 worden de resultaten van de deelpro-

SAWA is gestart eind 2009 en 30 juni 2013 afgerond. Het doel van

jecten beschreven. Hoofdstuk 5 gaat in op het test en ontwikkel-

SAWA was:

centrum van SenTec. Hoofdstuk zes bevat conclusies en

•

(door)ontwikkeling van sensoren voor

aanbevelingen.

drinkwaterkwaliteit; •

(door)ontwikkeling en bundeling van nieuwe kennis op het gebied van sensortechnologie in relatie tot drinkwatertoepassingen;

•

bijdrage leveren aan de vermarkting van kennis van sensortechnologie en waterkwaliteit, zoals die bij de verschillende bedrijven en instellingen aanwezig en in ontwikkeling is.

Het project bestond uit drie deelprojecten, die elk betrekking hadden op een andere fase van de drinkwaterproductie. Deze deelprojecten zijn: 1. Drentsche Aa: bewakingssysteem voor de inname van water. 2. Distributienet: real time monitoring van waterkwaliteit in het distributienet. 3. Nagroei: snellere detectietechnieken voor de potentiële groei van bacteriën in het distributienet. Speciaal voor SAWA is het Sensor testen ontwikkelcentrum, SenTec bij WLN in Glimmen opgericht. SenTec is gebruikt om sensoren in een praktijksituatie te testen en te vergelijken. De kracht van SAWA was de samenwerking tussen MKB bedrijven, kennisinstellingen en waterbedrijven. Het WLN trad op als projectleider en penvoerder. Vanuit het MKB namen deel AVIC, AquaExplorer, Bright Spark BV, Capilix BV, Interline Systems BV, Microdish BV, MicroLAN, 2M Sensors Ltd ). Vanuit de kennisinstellingen deden mee INCAS3, KWR Watercycle Research Institute, Noordelijke Hogeschool Leeuwarden (afdeling Life Sciences R&D), Wetsus, Centre of excellence for sustainable water technology. WLN, Waterbedrijf Groningen (WBGR) en Waterleiding Maatschappij Drenthe (WMD) namen vanuit de watersector deel. De NOM en Sensor Universe waren betrokken bij het project via deelname aan de stuurgroep SAWA. Voor een beschrijving van de deelnemers wordt verwezen naar bijlage 1. Wetsus heeft het project inhoudelijk ondersteund.

6

2

Drentsche Aa

2.1 Doel

Een onderdeel van het project was synergie te vinden tussen de resultaten van de verschillende sensoren. Alleen de sensoren van

Het doel van het deelproject Drentsche Aa was om een online

Capilix en Interline hebben voldoende data opgeleverd om te kijken

kwaliteitsbewakingssysteem te ontwikkelen voor het water uit de

naar deze synergie. De parameters van deze sensoren liggen echter

Drentsche Aa. Dit systeem moet in staat zijn om binnen maximaal

te ver uiteen om verbanden of synergie te kunnen geven.

2 uur verontreinigingen in humaan toxicologisch relevante concentraties te signaleren. Het afgegeven signaal moet bruikbaar zijn voor de sturing van het proces van inname van oppervlaktewater.

2.2 Resultaten per sensor

Deelnemers deelproject

2.2.1 AquaExplorer/NHL/LSRD

Aan het deelproject Drentsche Aa deden mee: AquaExplorer/Noordelijke Hogeschool Leeuwarden (LSRD)

Meetprincipe/concept ToxBox

met de ToxBox

De Toxbox is een autonome biosensor voor het meten van biologi-

•

Capilix/NHL met capillaire electroforese

sche toxiciteit in water. De binnen SAWA ontwikkelde “monitor-bac-

•

Interline met de i::scan en met de Liqum

terie” is een genetisch gemodificeerde Escherichia coli die licht

•

MicroLAN met de ITOX zware metalen

uitzendt zodra deze bacterie met milieutoxines in aanraking komt.

•

KWR/2M Sensors met de Toxsensor

De Toxbox verzorgt autonoom stappen in de bewerking van het mon-

•

Waterbedrijf Groningen

ster en meet de hoeveelheid door de bacterie uitgezonden licht.

•

WLN

•

Te bereiken doel In het deelproject Drentsche Aa hebben de sensoren de hele loop-

Het doel was de ontwikkeling van een liquid handling module om

tijd in SenTec gestaan. De sensoren van Interline en Capilix hebben

de meting volledig autonoom uit te kunnen voeren. Ook moest aan

het grootste gedeelte van de periode autonoom gedraaid. Door om-

deze module een detectorsysteem worden toegevoegd om de bac-

standigheden is de sensor van MicroLAN in een later stadium ge-

teriële (licht)signalen voldoende nauwkeurig en met voldoende ge-

plaatst. Helaas heeft MicroLAN het project voortijdig beëindigd.

voeligheid te kunnen meten.

De sensor van AquaExplorer heeft in de tweede helft van het project drie maanden in SenTec autonoom gemeten. Er zijn geen spike

Verslag uitgevoerde onderzoek

proeven mee uitgevoerd. AquaExplorer heeft in haar eigen labora-

AquaExplorer en NHL (LSRD) hebben binnen dit project gezamen-

torium wel met Drentsche Aa water kunnen spiken. De sensor van

lijk ontwikkeld:

KWR/2M Sensors heeft in SenTec gestaan maar niet goed kunnen

•

een genetisch gemodificeerde bacterie;

meten. Het ontwikkelstadium waarin deze sensor zich bevond was

•

een gevalideerde laboratorium methode voor meting van bio toxiciteit met de monitor-bacterie;

nog te pril om deze te kunnen testen in de praktijk. •

een geteste liquid handling module die in staat is de laboratoriummethode autonoom uit te voeren;

Gedurende de gehele looptijd van het project zijn onder regie van •

WLN diverse spike proeven uitgevoerd voor met name de sensoren

een gevalideerd detectorsysteem dat in staat is bacteriële (licht)signalen met voldoende gevoeligheid en nauwkeurig-

van Interline en Capilix. De samenstelling van de spike vloeistoffen

heid te meten.

was gericht op de diverse stoffen die gemeten konden worden door

De liquid handling module met de detector wordt ToxBox genoemd.

de sensoren en ook relevant waren. Tegelijkertijd met de spike proeven zijn monsters genomen die op het laboratorium van WLN op dezelfde parameters zijn geanalyseerd als in de spike vloeistof aan-

Resultaat

wezig waren. Daarnaast zijn diverse (laboratorium) meetgegevens

SAWA heeft een werkend prototype van de ToxBox opgeleverd die

van de Drentsche Aa ter beschikking gesteld als referentie metingen.

gedurende drie maanden in SenTec operationeel en succesvol heeft

7

2.2.2 Capilix/NHL

gemeten. Daarnaast is de specificiteit, de gevoeligheid en de nauwkeurigheid van de monitor-bacterie uitgebreid gevalideerd en vastgelegd.

Meetprincipe/concept capillaire elektroforese Elektrisch geladen moleculen en deeltjes in een geleidende vloei-

Betekenis voor AquaExplorer

stof bewegen zich onder invloed van een elektrisch veld met een

Voor AquaExplorer heeft SAWA grote betekenis gehad. De kennis en

kenmerkende vaste snelheid. Dit principe van elektroforese is door

ervaring op het gebied van hydraulica, vloeistofdynamica, auto-

Capilix gebruikt om in capillairen met een doorsnede van 10-100 µm

nome desinfecteerbaarheid/reinigbaarheid en hygiënische enginee-

de in water aanwezige moleculen te scheiden op basis van hun

ring zijn voor AquaExplorer van onschatbare waarde en vormen

karakteristieke verschillen in lading en deeltjesgrootte.

inmiddels een aanzienlijk deel van de “knowledge base”. Daarnaast heeft SAWA in concreto een toxiciteit sensor systeem opgeleverd die door AquaExplorer is gepatenteerd en als zodanig tot directe commerciële valorisatie leidt. Betekenis voor LSRD Dit project heeft grote betekenis gehad voor LSRD. LSRD heeft veel kennis opgedaan op het gebied van toxiciteit en de ontwikkeling van een werkend prototype. Een aantal stagiaires heeft aan het project meegewerkt, waarbij twee projectingenieurs na hun stage bij LSRD aan het werk konden. Ook heeft SAWA voor leuke studieopdrachten gezorgd waarmee kenniscirculatie binnen het onderwijs op een hoger niveau is gebracht. SAWA is een belangrijk project geweest voor een fors aantal afstudeerders en heeft een permanente plaats verworven binnen het onderwijs. Inzet in de watersector

Figuur 1: Scheiding van twee chemische verbindingen door dat zij met

On-site en autonome meting van bio toxiciteit is in de watersector

verschillende snelheden door een elektrisch veld migreren

een moeizame tak van sport. Momenteel wordt gewerkt met watervlooien en/of andere complexe organismen als mosselen en vissen

De verschillende typen gescheiden ionen komen vervolgens op ver-

om het effect van toxines op levende wezens te onderzoeken. Deze

schillende tijden aan bij de detector aan het eind van het capillair.

methode is lastig te automatiseren en vergt veel onderhoud. Inzet

De detector registreert een tijdelijke verhoging van de geleidbaar-

van een bacterie die “gedresseerd” is om een meetbaar signaal te

heid, zoals te zien is in figuur 2. De migratietijd zegt iets over de

geven zodra deze toxische invloeden uit zijn milieu ondervindt,

identiteit van het ion; de oppervlakte onder de piek is een maat

biedt dan ook een goede oplossing.

voor de hoeveelheid.

Lessons learned De belangrijkste les van SAWA is dat het ontwikkelen van een apparaat door een primair biotechnologisch R&D-bedrijf een andere en meer exacte wijze van projectplanning en –monitoring vergt, met meer aandacht voor het ontwerp van een apparaat. Verder blijkt dat voor de vertaling van laboratoriumprotocollen naar een autonome, mechanische infrastructuur kennis en expertise nodig is die niet standaard voorhanden is en dus al doende opgedaan moet worden. Ten slotte heeft de samenwerking met LSRD

Figuur 2: Scheidingspatroon verkregen bij een microchip CE meting

binnen SAWA voor beide partijen een grote meerwaarde gehad:

met een Capilix-systeem.

voor AquaExplorer bleek de toegang tot kennis en expertise op het gebied van recombinant DNA technologie uiterst waardevol.

Capilix heeft dit principe verregaand geminiaturiseerd in de vorm

SAWA heeft voor LSRD een belangrijke bijdrage aan het aanvullen

van een microchip capillaire elektroforese en deze meettechnologie

en moderniseren van het curriculum geleverd.

volledig geautomatiseerd en geschikt gemaakt voor online analyse van kleine ionen.

8

Doel Het doel was een functioneel model te ontwikkelen, gebaseerd op microchip capillaire elektroforese technologie. Dit systeem moet autonoom monsters kunnen nemen van water uit de Drentsche Aa en de daarin voorkomende anorganische (en eventueel organische) kationen kunnen meten. Ook moet het systeem lage concentraties (≤5 ppb) ammonium kunnen meten. Door deze continue monitoring is vroegtijdige signalering van waterkwaliteitsproblemen in de Drentsche Aa mogelijk. Verslag van het uitgevoerde onderzoek April 2011 is de meetopstelling in SenTec geplaatst. Gestart is met een buffer waarmee NH4+, K+, Zn2+ en Ni2+ kan worden gemeten. Deze buffer is vervolgens gewijzigd, waardoor in plaats van Zn2+ en Ni2+, Na+ en Ca2+ gemeten kon worden. Uiteindelijk is er weer een buffer gebruikt waarmee ook de zware metalen konden worden gemeten. NHL/LSRD heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan met name twee aspecten: de assay-ontwikkeling voor het aantonen van zware metalen (Zn2+, Ni2+, Cu2+) en de filtratiestap voor het

Figuur 3: Capilix systeem Drentsche Aa

deeltjesvrij maken van het Drentsche Aa water. Betekenis resultaat voor het bedrijf Het eerste halfjaar gaven de hoeveelheid deeltjes en lucht in het

In SAWA heeft Capilix voor het eerst een echte lange termijn prak-

Drentsche Aa water problemen met de aanvoer en filtratie. In sep-

tijktest kunnen uitvoeren meteen eerste geslaagde proof-of-principle

tember 2011 is overgestapt op een andere filtratiemethode en –op-

van een geautomatiseerde en robuuste online meting in het veld.

stelling, waarmee de problemen waren verholpen. In november

De resultaten hebben het bewijs geleverd van de effectiviteit en

2011 heeft zich een waterkwaliteitsincident voor gedaan met een

praktische inzetbaarheid van deze technologie.

bovenstroomse mestlozing in de Drentsche Aa. Het Capilix systeem registreerde dit incident met een stijging van NH4+ concentraties.

Het ontwikkelen van een technologie startup is een kapitaalintensieve aangelegenheid, waarin het vinden van de juiste investerings-

Er lijkt een relatie te bestaan tussen de mate van regenval (weer-

partners een belangrijke rol speelt. De resultaten van SAWA waren

station Eelde) en waargenomen veranderingen in ionenniveaus

dermate overtuigend dat de Zwitserse multinational Metrohm zich

(meer regenval: toename K+ en afname Ca2+). Deze mogelijke rela-

recent heeft aangesloten bij Capilix om de microchip gezamenlijk

tie is nieuw voor WLN en geeft de meerwaarde aan van het monito-

groot te maken in de markt.

ren van ionenniveaus in relatie tot klimaatkarakteristieken. Betekenis voor LSRD Resultaat

De ingenieurs van LSRD van de NHL hebben een belangrijke rol ge-

De meetopstelling heeft ruim 1,5 jaar gemeten aan Drentsche Aa

speeld in het ontwikkelen van de juiste chemische recepten voor de

water met een frequentie van minimaal 1 meting per uur. Over het

technologie. Door inzet van stagiaires en afstudeerders is de be-

grootste deel van de periode waren dit goede metingen. De gevon-

trokkenheid van het onderwijs groot. Hiermee wordt competitief

den concentraties voor de verschillende ionen bleken steeds goed

praktijkgericht HBO onderwijs in de praktijk gebracht. Dit is voor

overeen te komen met de resultaten van de steekproeven zoals uit-

het brengen van vak- en praktijkgericht onderwijs onontbeerlijk.

gevoerd door WLN. De data van de periode september 2011-december 2012 zijn door

Inzet in de watersector

WLN gebruikt voor nadere analyse.

Betrouwbare metingen in het veld worden steeds belangrijker om waterprocessen te ondersteunen en/of te verbeteren. Capilix heeft een doorbraak gerealiseerd in het technologie veld door een generieke laboratorium techniek online industrieel toepasbaar te maken. Dit opent mogelijkheden om online een groot aantal componenten te meten in industriële waterprocessen met laboratorium precisie. Dit heeft een positieve impact op de waterkwaliteit, maar ook op de optimalisatie van industriële waterprocessen in het algemeen.

9

Lessons learned

voor het bepalen van de gewenste parameters. Vervolgens zijn de

De technologie heeft zich verrassend goed gehouden tijdens de

LED’s en de elektrische aansturing van het bestaande prototype van

meetseries, dus de resultaten zijn positief. Er zijn natuurlijk ook

de i::scan aangepast. Het eerste prototype is in november 2011 ge-

zaken die niet of minder geslaagd zijn in het project.

plaatst in SenTec. De i::scan is in serie geplaatst aan de

Capilix had de ambitie om binnen het SAWA project niet alleen een

spectro::lyser, om de data uit de i::scan direct en continu te kun-

goede technologie demonstratie te realiseren, maar ook de detec-

nen controleren. WLN heeft diverse spikes uitgevoerd met bekende

tielimiet van de technologie te verbeteren, bij voorkeur tot ppb ni-

addities en regelmatig bemonsterd.

veau. Dit is een lastig onderwerp, met name elektronisch en is dan

Aan de hand van alle beschikbare meetgegevens zijn specifieke al-

ook binnen SAWA niet gelukt. Capilix heeft in het begin wat moeite

goritmes ontwikkeld. De aandacht ging vooral uit naar de specifieke

gehad om de filtratie unit op de rit te krijgen, een belangrijke

veranderingen in het absorptiespectra in relatie tot de gevraagde

voorwaarde voor meten met microchip CE. Na verloop van tijd is de

parameters. De lengte van het meetpad bleek van grote invloed op

filtratiestap succesvol aangepast.

de maximale concentratie. Door de vele metingen is het gelukt een zo optimaal mogelijk meetpad te kiezen. Verder is veel aandacht besteed aan het testen van de lichtsterkte

2.2.3 Interline

van de lichtbronnen. Door de lichtbron anders aan te sturen is de levensduur daarvan geoptimaliseerd. Ook is de automatische reini-

Interline heeft zowel bij het project Drentsche Aa als bij het project

ging van de sensoren met behulp van een borstel geoptimaliseerd.

distributie gewerkt met de i::scan. Het grootste deel van de resultaten wordt bij het deelproject Drentsche Aa beschreven.

Tot slot is er gewerkt aan een nieuw softwarepakket die online de gemeten data analyseert en valideert. Zo worden de huidige meet-

Meetprincipe/concept i::scan

waarden automatisch gecontroleerd en gecorrigeerd op invloeden

De i::scan is een in-situ sensor die verschillende parameters meet

als gevolg van ruis, uitbijters, stappen en drift.

op basis van lichtabsorptie op specifieke golflengten. In de sensor zijn een aantal golflengte specifieke lichtbronnen (LED’s) geplaatst.

Het toepassen van de sensoren in een doorstroom armatuur in Sen-

In combinatie met een speciaal ontwikkeld algoritme kunnen para-

Tec heeft geleid tot vervuiling van de sensoren en hierdoor tot on-

meters zoals troebelheid, TOC, UV254 en kleur met deze sensor ge-

betrouwbare meetdata. Door de sensoren uiteindelijk direct in de

meten worden.

Drentsche Aa te plaatsen is het vervuilingsprobleem opgelost.

De basis voor deze ontwikkeling is de bestaande spectrofotometer, de spectro::lyser, van s::can. Deze sensor werkt conform de lichtabsorptie theorie van Lambert & Beer (UV/VIS) waarbij het licht van een Xenon lichtbron door het water op een diode array wordt geprojecteerd. Dit is een bekende, maar relatief dure meettechniek. Door toepassing van de LED lichttechniek is er een betaalbare versie ontwikkeld. Te bereiken doelen -

Het uitvoeren van een beperkt marktonderzoek naar sensoren die op de wereldmarkt beschikbaar zijn en voor deze test een aanvulling zijn.

-

Het werken aan de ontwikkeling van een kleinere “lowbudget” spectrofotometer waarbij de meting op een beperkt

Figuur 4: Metingen in de Drentsche Aa

aantal golflengten zal worden uitgevoerd. -

Optimalisatie van de meetresultaten door het aanpassen

Liqum

van de analyse software.

Enkele maanden na de start van SAWA heeft Interline een nieuw soort sensor getest die meet op basis van potentiaalverschil tussen een achttal metalen. Met deze sensor is het mogelijk om afwijkin-

Verslag van het uitgevoerde onderzoek i::scan

gen ten opzichte van een ingestelde/gemeten basis waterkwaliteit

Gestart is met het verzamelen van parameter data en absorptie

aan te geven. Dit kan reeds gebruikt worden voor een “early war-

spectra met hulp van de s::can spectro::lyser. Daardoor is inzicht

ning”. Doel van het gebruik van deze sensor was om in combinatie

verkregen in de absorptiespectra van het Drentsche Aa water en kon

met de verkregen meetdata van andere sensoren aan te geven welke

worden vastgesteld welke specifieke LED’s gebruikt moeten worden

stof de verandering in waterkwaliteit veroorzaakt. Het ontwikkelen

10

2.2.4 MicroLAN: iTOX zware metalen

van een algoritme voor het meten van parameters met deze potentiaalverschil methode is complex en tijdrovend. Vanaf het begin van het project is voor Interline duidelijk geweest dat de ontwikkeling

Meetprincipe/concept iTOX

van de i::scan de hoogste prioriteit zou krijgen. Aangezien deze

Om eventuele humane toxiciteit te kunnen meten, wordt gebruik

ontwikkeling meer tijd heeft gekost dan van te voren was ingeschat

gemaakt van levende organismen. De iTOX test toxiciteit met ge-

is gedurende het project besloten om de ontwikkeling van de Liqum

bruik van levende organismen en levert een nauwkeurige bepaling.

sensor te minimaliseren. Wel is tijdens de “spiking” sessies aange-

Het is een biologische sensor, die in een geautomatiseerd systeem

toond dat de sensor zeer gevoelig is voor alle gedoseerde stoffen.

gebruik maakt van lichtgevende bacteriën (Vibrio fischeri NRRL

Dit resultaat is veelbelovend voor verdere onderzoeken.

B-11177). De hoeveelheid licht wordt gemeten voor en na bloot-

Resultaat

stelling. De afwijking in hoeveelheid licht (uitgedrukt in percen-

In SAWA is gebleken dat de data van de i::scan vergelijkbaar zijn

tage) ten opzichte van de referentie is een maat voor de toxiciteit

aan die van de spectro::lyser. De spectro::lyser meet op meerdere

van het watermonster.

golflengten en de i::scan meet golflengte specifiek. Waar de spectro::lyser een nauwkeurigheid heeft van 2% in een standaardoplos-

Te bereiken doel

sing, zal dit bij de i::scan enkele procenten hoger kunnen liggen.

MicroLAN werkt met de al bestaande iTOX en wil de SPE (Solid

In het tweede kwartaal van 2013 is de i::scan commercieel beschik-

Phase Extraction) methode daarin gaan optimaliseren, waarmee

baar voor drinkwatertoepassingen. In eerste instantie zullen alleen

mogelijk lagere concentraties kunnen worden gedetecteerd.

de parameters troebelheid en UV254 gemeten kunnen worden. De parameters kleur en TOC zullen naar verwachting eind 2013 volgen.

Verslag van het uitgevoerde onderzoek

De validatie software is beschikbaar en zal voor specifieke klant-

Het Drentsche Aa water blijkt deeltjes te bevatten die groter zijn

wensen worden aangepast. Ook de validatie wordt nog geoptimali-

dan 1 µm. De SPE-kolommen kunnen dan verstopt raken waardoor

seerd.

het systeem niet meer werkt en lekkages ontstaan. De ontwikkeling van de online SPE in SAWA werd hierdoor belemmerd. In 2011 is

Betekenis resultaat voor bedrijf

daarom besloten binnen SAWA hier niet mee verder te gaan.

Door de introductie van de i:: scan is er een sterk toenemende vraag vanuit de markt naar deze sensor. De verwachting is dat dit

De aandacht binnen SAWA is verschoven naar het optimaliseren van

de komende tijd een vlucht zal gaan nemen. Hierdoor zal de markt-

de “prometal” buffers. Deze oplossingen verbeteren bij de bacteriën

positie van Interline sterk verbeteren en kan het bedrijf uitge-

de gevoeligheid voor metalen. In de experimenten is gezocht naar

bouwd worden.

de beste prometal oplossingen. Daarvoor zijn verschillende oplossingen gebruikt. Sucrose (20,9%) was heel goed als prometal oplos-


sing maar viel af als alternatief, omdat voor toepassing in de iTOX

Door de steeds strengere waterkwaliteitseisen en de vraag naar on-

een sterkere concentratrie nodig is. NaClO4 is een goed alternatief,

line meten, neemt het gebruik van (spectrofotometer)sensoren

maar geeft milieubezwaren. Daarom heeft MicroLAN de ProMet buf-

sterk toe. Bij de controle op de waterkwaliteit van bedrijven wordt

fer ontwikkeld die milieuvriendelijker is, geen chloride-ionen bevat

steeds vaker gebruik gemaakt van online en continue data. Van-

en toch de gevoeligheid voor zware metalen verbetert. In 2012 is

wege kosten is het gebruik van conventionele spectrofotometrie

besloten het hele experiment stop te zetten, omdat er onvoldoende

UV/VIS sensoren niet in alle applicaties financieel aantrekkelijk,

resultaten waren en het bedrijf MicroLAN andere keuzes heeft ge-

terwijl er wel een wens en noodzaak is voor online registratie van

maakt.

organische parameters. Met de ontwikkeling van de low-budget i::scan wordt deze meettechniek beter toegankelijk voor meerdere

Resultaat

eindgebruikers.

SAWA heeft voor MicroLAN geen resultaat opgeleverd.

Lessons learned

Lessons learned

De tijd en energie die nodig is om van een prototype tot een indus-

Het valt niet mee om een goede filtratietechniek te ontwikkelen

trieel toepasbare sensor te maken, bleek langer dan van te voren

voor het water van de Drentsche Aa. Dit is wel nodig, omdat het

ingeschat. Bij de start van SAWA was er een prototype van de

anders buitengewoon lastig is om zware metalen in lage concentra-

i::scan, die alleen maar in gecontroleerde omstandigheden is ge-

ties te meten. Voor dit probleem is een gevoeligere buffer wel ge-

test. Bijna de gehele projectduur is nodig geweest om de sensor uit

deeltelijk een oplossing.

te ontwikkelen en te optimaliseren. De verwachting was dat dit

Bij een onderzoeksproject van deze omvang is het van belang

sneller zou gaan, waardoor er tijd zou zijn om de Liqum sensor te

om voldoende menskracht op de onderzoek locatie ter beschikking

ontwikkelen. Dat is er niet meer van gekomen.

te hebben. Dit bleek niet binnen SAWA te kunnen, waardoor het

11

niet mogelijk was de dagelijkse problemen op te lossen. Deelname aan een dergelijk groot samenwerkingsproject van meerdere jaren vraagt inspanning van het bedrijf. Een heldere verwachting en duidelijke afspraken over de werkwijze en te realiseren doelen helpen een project van deze orde beter te laten verlopen. Uit bedrijfsmatige overwegingen heeft MicroLAN tijdens dit project andere keuzes moeten maken. Mede daardoor is de deelname aan SAWA anders verlopen dan gedacht en gehoopt. Dit is voor een belangrijk deel een autonome ontwikkeling geweest. Figuur 5: Concept 1 6 kanaals sensor met bacteriehouder

2.2.5 KWR/2M Sensors Experimenten zijn uitgevoerd om de beste manier voor het immobiMeetprincipe/concept Toxsensor

liseren van de bacteriën te vinden. Daarnaast is de bacteriestam

De Toxsensor werkt met genetisch gemodificeerde bacteriën. Deze

voor DNA-schade beter gekarakteriseerd. Hieruit is onder andere ge-

bacteriën zijn zo aangepast dat ze reageren op de aanwezigheid van

bleken dat het cruciaal is om een goede controle te hebben om de

een toxische stof met de activatie van een promotor element. Dit

respons mee te vergelijken, omdat deze verandert in de tijd.

leidt er toe dat de bacterie mRNA eiwitten gaat produceren. Daarbij

Met dit concept is aangetoond dat het lichtsignaal met fotodiodes

komt licht vrij. Dit lichtsignaal wordt met een gevoelige lichtdetec-

gemeten kan worden.

tor, een fotomultiplier, gedetecteerd. De sterkte van het signaal is CONCEPT 2 Uit het onderzoek van Wouterse bleek dat de Batox sensor

een directe maat voor de aanwezige concentratie toxische stof.

gevoelig is voor fouling. Ook bleek dat de bacteriën in de eerste Te bereiken doel

fase van groei de meeste luminescentie geven en dus na verloop

Het doel is een betrouwbaar, robuust en gevoelig online meetin-

van tijd veel minder bruikbaar zijn. Daarom is een sensor met drie

strument te ontwikkelen voor het meten van een piekenpatroon,

compartimenten ontwikkeld. In dit nieuwe concept is er minder

dat representatief is voor de kwaliteit van het oppervlaktewater van

effluent met genetisch gemodificeerde bacteriën, is de signaal-ruis

de Drentsche Aa.

verhouding van de fotomultiplier verbeterd en wordt biofilmvorming in het sensorsysteem voorkomen. Toch voldoet dit concept niet,

Verslag van het uitgevoerde onderzoek / ontwikkeling

omdat de tijd dat er met de sensor gemeten kan worden te beperkt

Tijdens het project is aan drie opeenvolgende concepten van de Tox-

is en de bacteriën dagelijks vervangen moeten worden. De Batox

sensor gewerkt. Het eerste concept werkte met gemengde toevoer

presteert beter dan het nieuwe ontwerp. Optimalisatie kan gevon-

van medium en testwater met geïmmobiliseerde bacteriën naar ana-

den worden door de poriegrootte van de dialysemembranen tussen

logie van de Batox sensor in het promotieonderzoek van Wouterse .

het water en de genetisch gemodificeerde bacteriën aan te passen

Het tweede concept werkt met drie compartimenten, waarbij het me-

en een bioreactor te gebruiken.

1

dium en testwater gescheiden zijn. Uit dit onderzoek ontstond het derde concept met een continue culture (aanwezige bacteriën) in een bioreactor. Hieronder zijn de drie onderzoeken beschreven. CONCEPT 1 heeft een roestvrijstalen meetkamer met zes gescheiden ruimtes. De bacteriën worden geïmmobiliseerd in sol-gel in een roestvrijstalen houder die aan één kant van de kamer wordt aangebracht. Aan de andere kant wordt het licht van de bacteriën opgevangen door een fotodiode. Het te meten water loopt tussen de bacteriën en de diode door. In dit ontwerp kunnen drie verschillende stammen tegelijkertijd getest worden. De overige drie ruimtes kunnen gebruikt worden voor een achtergrond meting met dezelfde bacteriën. Daarnaast kunnen allerhande stoffen aan het water worden toegevoegd ter controle. 1

Development and validation of an on-line water toxicity sensor based on genetically modified, luminescent bacteria (http://dare.ubvu.vu.nl/handle/1871/40748).

12

Resultaat Met het eerste concept zijn vanwege de problemen met de elektronica van het uitlezen en de communicatie geen metingen verricht. Met het tweede concept met de drie compartimenten is er in SenTec een meting met drinkwater gedaan. De uitkomsten zijn vergelijkbaar met de metingen zoals die bij KWR gedaan zijn. Door een breuk van de bioreactor moest het experiment worden gestopt. Met het derde concept met de bioreactor zijn een paar metingen in SenTec gedaan. Daaruit bleek dat het product nog niet voldoende standalone kon werken en het is terug naar het lab voor verdere ontwikkeling. Er zijn met de sensor geen validatie proeven in SenTec gedaan. Betekenis resultaat voor bedrijf De ontwikkeling van de Toxsensor is voor 2M Sensors van belang. Figuur 6: Concept 2: scheiding medium en testwatersensor

De gang naar de markt vraagt nog een stevige inspanning.

CONCEPT 3 wordt samen met de RUG-Biobrug ontwikkeld. Gewerkt


wordt aan het ontwerp van een bioreactor om met een continue cul-

Er bestaat nog geen online systeem dat met voldoende gevoelig-

ture te kunnen laten werken. Dit betekent dat er een continue gene-

heid en real time stoffen in water kan detecteren die potentieel

ratie is van verse bacteriën. In een continue stroom passeren deze

schadelijk zijn voor menselijke consumenten. Deze methode biedt

langs de opening van de photomultiplier detector en zo is het mo-

daar een mogelijke oplossing voor.

gelijk dat elke verandering in waterkwaliteit gemeten kan worden. Lessons learned Het ontwikkelen van een robuuste microbiologische sensor is een proces van lange adem, waarbij zowel problemen in de engineering als in de microbiologie moeten worden opgelost.

Figuur 7: Concept drie 2M Sensors/KWR

13

2.3 Resultaten

Interline heeft tijdens de duurproef zowel in SenTec (op de leiding tussen de rivier en het mengbekken) als rechtstreeks in de Drent-

praktijkproeven

sche Aa gemeten. De metingen in SenTec leverden geen bruikbare data vanwege kin-

Gedurende anderhalf jaar hebben de sensoren van Capilix en

derziektes en vervuiling in het leidingwerk, in tegenstelling tot de

Interline de waterkwaliteit van de Drentsche Aa gemeten.

metingen in de Drentsche Aa. Er is in twee periodes gemeten, maar

De data zijn achteraf geanalyseerd en vergeleken met referentie-

alleen de reeks van september 2012 tot januari 2013 is gebruikt

metingen.

voor de data-analyse.

De beschikbare data van Capilix waren over de gehele meetperiode bruikbaar. Uit de analyse blijkt dat de metingen van Capilix ook goed

2.4 Conclusies voor het

overeen kwamen met referentiewaarden. Wel vertoonden de trends van de Capilix metingen nog relatief veel schommelingen. De oorzaak voor

deelproject

de schommeling is de hoeveelheid medium die geïnjecteerd wordt in het meetinstrument. Capilix zal dit optimaliseren. De Capilix sensor heeft eind 2011 een ammoniumpiek waargenomen in

De sensor van AquaExplorer werkt in principe goed maar is nog niet

de Drentsche Aa. Deze verhoogde concentraties zijn bevestigd met steek-

gevoelig genoeg om eventuele organische micro verontreinigingen

proefmonsters. De concentraties staan weergegeven in figuur 8.

in oppervlaktewater te detecteren. De sensoren van Interline en Capilix zijn in principe toepasbaar voor het volgen van de zuiverings technische parameters, zoals in oppervlaktewater. Voor de organische microverontreinigingen zijn deze sensoren niet toepasbaar. SAWA heeft voor de sensoren van Capilix, Interline (i::scan) en AquaExplorer bijgedragen aan de richting en/of de snelheid van de ontwikkeling van de sensoren. Voor de sensor van MicroLAN kunnen geen conclusies worden getrokken. De KWR/2M sensor bevindt zich nog in een te prematuur stadium om conclusies te kunnen trekken.

Figuur 8. Ammoniumconcentratie gemeten door Capilix en door

Het belang van adequaat data management en analyse werd gedu-

WLN-laboratorium (ILIS en regulier zijn beide door het laboratorium

rende de looptijd van het project steeds duidelijker. Goede bundeling

gemeten).

van verwerkte data (datum, tijd) en event registratie (met monsterneming optie) zal bijdragen aan betere signaleringsystemen.

Uit de data-analyse bleek verder dat de concentratie kalium lijkt te worden beïnvloed door de hoeveelheid neerslag (gemeten te weerstation Eelde), zie figuur 9.

Figuur 9 Kaliumconcentratie (Capilix) vs temperatuur en neerslag.

14

3

Monitoring distributienet

3.1 Doel Het doel van dit project was om op basis van geoptimaliseerde bestaande en nieuw ontwikkelde sensoren veldproeven te kunnen doen in de drinkwater distributiesystemen van WMD en Waterbedrijf Groningen. Deze veldproeven geven inzicht in de toepasbaarheid van deze sensoren. Duidelijk moet worden welke parameters gemeten moeten kunnen worden,om in het distributienet betekenisvol met sensoren te kunnen werken. Dit inzicht moet leiden tot goedkopere sensoren die in grote aantallen in het distributienet geïnstalleerd kunnen worden. Deelnemers aan het project waren •

AquaExplorer/NHL/Life Sciences R&D met de AquaScope

•

Bright Spark met de Coax sensor en een flow/druk/ temperatuur en geleidbaarheid sensor

•

Interline: spectro:: lyser, i::scan

•

2M Sensors met een microbiologische en flowsensor

•

AVIC met de Legio box als data managementsysteem

•

INCAS3

•


•

WLN

•

WMD

Het onderzoek is gestart met het testen van de sensoren in SenTec en het valideren van de functie en gevoeligheid door middel van spike experimenten. Vervolgens zijn drie veldproeven uitgevoerd. De eerste veldproef is uitgevoerd in het distributienet van de WMD bij het hoofdkantoor in Assen en bij het pompstation Pittelo. Interline heeft met de spectro::lyser op beide locaties gemeten. De tweede veldproef heeft plaatsgevonden in het distributienet van het Waterbedrijf Groningen. Er is op twee containers gemeten, in Bedum en in Loppersum. Aan deze proef hebben meegedaan de spectro::lyser en de i::scan, de AquaScope, de Coax sensor en Flow/Druk/Temperatuur sensor. Bij de derde veldproef is opnieuw in het distributienet in Loppersum gemeten, maar nu op vier verschillende plekken. De sensoren van Interline, Bright Spark en AquaExplorer deden mee, evenals een aantal referentie sensoren. Figuur 10: De sensoren van AquaExplorer, Interline en Bright Spark (van boven naar onder).

15

AVIC heeft met de Legio-box de data communicatie infrastructuur

nen AquaScope en opnieuw gevalideerd volgens de ISO 16140 tegen

verzorgd. Voor de aansturing van de sensoren is een separate inter-

referentiekweek (ISO 8199). Nadat het functioneren van het sys-

netverbinding aangelegd. Over de data en de analyse werd twee-

teem was vastgesteld is de sensor op locatie (Bedum) ingezet om

wekelijks overlegd met alle deelnemers aan dit deelproject. AVIC

Aeromonas-analyses in distributiewater autonoom uit te voeren.

heeft in dit project op basis van GPRS de hardware en de protocollen voor aansluiting van de datatransmissie geleverd. Ook heeft

Resultaat

AVIC via het A-VISION systeem de data op een hele goede wijze ge-

Er is een werkend preproductietype gevalideerd voor het autonoom

visualiseerd.

uitvoeren van in situ hybridisaties in water. Er zijn drie DNA-probes ontwikkeld en gevalideerd: positieve controle, coliformen, enterococcen en aeromonaden. Uiteindelijk zijn FISH-protocollen en probes succesvol geïntegreerd in het preproductietype AquaScope en is


het systeem succesvol getest binnen het AquaExplorer laboratorium, SenTec en op locatie in Bedum.

3.2.1 AquaExplorer/LSRD Betekenis voor AquaExplorer Meetprincipe/concept AquaScope

De kennis en ervaring op het gebied van hydraulica, vloeistofdyna-

De AquaScope is een zelfstandig werkende multisample filtercyto-

mica, autonome desinfecteerbaarheid/reinigbaarheid en hygiëni-

meter, waarmee bacteriën in water kunnen worden geteld. De

sche engineering zijn voor AquaExplorer van onschatbare waarde en

AquaScope maakt daarbij gebruik van de kleuringsmethode fluo-

vormen inmiddels een aanzienlijk deel van de “knowledge base”.

rescentie in situ (FISH) om bacteriesoorten van elkaar te onder-

Daarnaast heeft SAWA een biosensor systeem opgeleverd die door

scheiden. Elke levende cel heeft specifiek erfelijk materiaal, het

AquaExplorer is gepatenteerd en zodanig tot directe commerciële

ribosomaal RNA, dat gemaakt wordt door de ribosomen in de cel.

valorisatie leidt.

Ieder organisme heeft een unieke rRNA samenstelling. Door een stukje enkelstrengig DNA, dat is uitgerust met fluorescerend materi-

Betekenis voor LSRD

aal (probe), te laten hybridiseren met dit rRNA, wordt ook dit

LSRD heeft veel kennis opgedaan op het gebied van autonome bio-

unieke rRNA gekleurd en kan vervolgens met een microscoop of

monitoring en het ontwikkelen van een AquaScope preproductie-

flow-cytometer AquaScope zichtbaar worden gemaakt.

type. Een aantal stagiaires heeft aan het project meegewerkt, waarbij twee projectingenieurs na hun stage bij LSRD aan het werk

Het systeem werkt met een filter waarop de bacteriën uit het wa-

konden. Ook heeft SAWA voor leuke studieopdrachten gezorgd waar-

termonster worden gefiltreerd en vervolgens gehybridiseerd met een

mee kenniscirculatie binnen het onderwijs op een hoger niveau is

fluorescerende DNA-probe. Het filter met de gehybridiseerde cellen

gebracht. SAWA is een belangrijk project geweest voor een fors aan-

wordt vervolgens onder een optische unit met camera geplaatst. Op

tal afstudeerders en heeft een permanente plaats verworve binnen

basis van de foto’s wordt een samengesteld beeld uitgerekend die

het onderwijs.

met behulp van diverse computer-vision algoritmes wordt geanalyseerd.

Inzet in de watersector Autonome biosensoring van water is een hot item in de wereld van

Te bereiken doel

de waterkwaliteit. Bestaande methoden zijn of niet autonoom (vaak

Het doel was het bestaande unisample, niet-autonome prototype

gaat het om mobiel gemaakte laboratorium methodes) of leveren

filtercytometer te ontwikkelen naar een autonoom, multisample bi-

data die microbiologisch niet te interpreteren zijn. Dit laatste komt

osensor die on-site soortspecifieke analyses op het oppervlaktewa-

veelal omdat de sensoren diverse fysische parameters registreren.

ter kan uitvoeren.

Daarmee is de AquaScope, voor zover bekend in de literatuur, de eerste volledig autonoom werkende multisample sensor, die soort


specifieke bacterie aantallen heeft geproduceerd, die direct aan la-

AquaExplorer en LSRD zijn gestart met het maken van een pro-

boratorium resultaten gecorreleerd kunnen worden.

gramma van eisen voor het preproductietype. Vervolgens is gewerkt aan de technologische oplossingen om te kunnen voldoen aan dat

Lessons learned

eisenpakket. Daarna zijn met behulp van DNA-analyse software

De belangrijkste les van SAWA is dat het ontwikkelen van een appa-

DNA-probes ontwikkeld voor micro-organismen die relevant zijn

raat door een primair biotechnologisch R&D-bedrijf een andere en

voor de beoordeling van een goede oppervlaktewaterkwaliteit. Deze

meer exacte wijze van projectplanning en –monitoring vergt, met

zijn gevalideerd volgens ISO 16140. Het laboratoriumprotocol waar-

meer aandacht voor het ontwerp van een apparaat.

mee deze probes zijn gevalideerd is omgezet voor toepassing bin-

Verder blijkt dat voor de vertaling van laboratoriumprotocollen naar

16

een autonome, mechanische infrastructuur kennis en expertise nodig is die niet standaard voorhanden is en dus al doende opgedaan moet worden. Ten slotte heeft de samenwerking met LSRD binnen SAWA voor beide partijen een grote meerwaarde gehad: voor AquaExplorer bleek de toegang tot kennis en expertise op het gebied van recombinant DNA technologie uiterst waardevol. SAWA heeft voor LSRD een belangrijke bijdrage aan het aanvullen en moderniseren van het curriculum geleverd.

3.2.2 Bright Spark Bright Spark heeft verschillende sensoren in de twee deelprojecten ingebracht te weten de Coax sensor, druksensor, flowsensor, temperatuursensor en de geleidbaarheidssensor. De Coax sensor is in SAWA zowel in het project Distributie als in het project Nagroei ingezet, een en ander in samenwerking met Smart Frequencies en Wetsus. Daarnaast heeft Bright Spark in het project Distributie gewerkt met de flow/druk/temperatuur/geleidbaarheidssensor. De resultaten van het onderzoek naar de Coax sensor worden voor een groot deel bij het deelproject Distributie beschreven. Meetprincipe/concept Coax sensor De Coax sensor (versie 1 op figuur 11) bestaat uit een verticaal op-

Figuur 11: Coax Sensor met uitleesfaciliteit

gestelde met water doorstroomde resonator van circa 1 meter en een software programmeerbare stuurunit en datalogger. De resona-


tor wordt op een functiegenerator die radiogolven in een breed fre-

In SAWA zijn drie versies van het prototype van de Coax sensor SF

quentiegebied door de resonator stuurt aangesloten. Afhankelijk

ontwikkeld. Eind 2010 is een werkende eerste versie prototype SF 1

van de aangroei in de resonator treedt demping op van de radiogol-

geïnstalleerd in SenTec. Deze bleek stabiel te functioneren, events

ven en die demping wordt gemeten als functie van de frequentie.

goed te detecteren, te voldoen aan de ontwerpcriteria en reprodu-

De resonator heeft een met een polymeerlaag geïsoleerde binnen-

ceerbare resultaten te leveren. De volledig geautomatiseerde soft-

geleider. Bacterie aangroei op de polymeerlaag en veranderingen in

ware voor de Coax sensor heeft over een periode van 6 weken goed

de waterkwaliteit leiden tot signaalverandering die automatisch

gewerkt. Er traden geen significante biofouling of andere waar-

wordt geregistreerd.

neembare waterkwaliteitsveranderingen op.

De meetgegevens, een amplitude versus frequentie plot in het ge-

Om de gevoeligheid van de sensor te verbeteren is begin 2012 een

bied van 1 MHz tot 25 MHz, worden met een resolutie van 63

versie 2a (zie figuur 12) gemaakt met een roestvrijstalen resonator

meetpunten elke 5 minuten opgeslagen op een laptop en doorgege-

en een beter ontwerp voor de verbinding met de meetapparatuur.

ven aan een Legio-box. Daarbij gebruikt de sensor microcontrol

Om het signaal voor temperatuurwisselingen te kunnen corrigeren,

technologie en interpreteert de gegevens met een datalogger. De

is een temperatuurmeter toegevoegd.

sensor is voor verschillende frequentie ranges in te zetten, afhankelijk van de applicatie (10 kHz – 300 kHz, 100 kHz – 3 MHz, 1 MHz – 30 MHz). Daarmee lijkt de sensor inzetbaar als sensor voor biofouling, corrosie en ionmetingen. Doel De Coax sensor wordt samen met de flow/druk en temperatuursensor ingezet met als doel veranderingen in de waterkwaliteit in het distributienet te registreren met een Coax sensor ten opzichte van

Figuur 12: versie 2a Coax sensor

de waterkwaliteit bij het pompstation. Versie 2a is in 2012 uitgebreid getest in SenTec met verschillende soorten water. De resultaten lieten een grotere gevoeligheid zien

17

voor aangroei (zowel corrosie als biofouling) dan versie 1, maar

tieve relatie te kunnen leggen tussen signaalverandering en hoe-

brachten ook de noodzaak voor verdere verbetering van connectors/

veelheid aangroei (ATP per glazen knikker / plate count methode).

signaalverbindingen tussen de met water doorstroomde sensor en meetapparatuur aan het licht.

Resultaat

Parallel aan de verbeteringsslag ten aanzien van de gevoeligheid

Uit de experimenten volgt dat aangroei op de Coax sensor tot sig-

(versie 2a) zijn in Bedum en Loppersum aanvullende testen met

naalverandering leidt. De Coax sensor moet gecombineerd worden

sensorversie 1 uitgevoerd. Een reinigingsprocedure van sensorversie

met een flow/druk/temperatuur en geleidbaarheidssensor (PQET)

1, zonder deze te openen, werd getest en bleek succesvol. De resul-

om de optredende signaalveranderingen te kunnen corrigeren voor

taten met sensorversie 1 in Bedum en Loppersum lieten een sig-

fluctuaties in met name geleidbaarheid en temperatuur.

naalverandering zien die wijst op biofilm aangroei.

De Coax sensor moet nog verder verbeterd worden. Het gaat om een

In lijn met eerdere tests kwam ook uit de proeven in Bedum en

hogere gevoeligheid, correctie van signaal voor temperatuur en ver-

Loppersum naar voren dat de gevoeligheid van de sensor omhoog

anderingen in geleidbaarheid, doorlopen van de procedures voor CE

moet om de resultaten van bestaande systemen te overtreffen. In

normering, toevoegen van meetprotocol om onderscheid tussen

deze testen zijn ook de flow, druk, temperatuur en geleidbaarheids-

bacterie op de parel en bacterie in het water te kunnen maken. Met

sensoren meegenomen. Uit deze testen bleek een duidelijke relatie

deze nieuwe sensor moeten experimenten gedaan worden om een

zichtbaar tussen de metingen van deze sensoren en de referentie-

kwantitatieve relatie te leggen tussen enerzijds aangroei en ander-

metingen van WLN. Het meetprincipe functioneert dus goed. Pro-

zijds signaalverandering (relatie tussen signaalverandering en hoe-

bleem was wel dat in absolute zin dat de waarden nog niet overeen

veelheid ATP of oxide of scaling op het dielectricum). Zo is nog

kwamen door een foutieve instelling, kalibratie.

onduidelijk hoe de relatie is tussen het aantal bacteriën op de parels en het aantal in het water. Ook is duidelijk dat de resultaten

In het najaar van 2012 is er na veel ontwikkelwerk een versie 2b

worden beïnvloed door temperatuur en geleidbaarheid. In hoeverre

gekomen met een resonator van RVS met glazen knikkers. Het idee

de hoogte van de waterflow de resultaten beïnvloedt is nog niet

erachter is dat de aangroei op de glazen knikkers makkelijk te de-

duidelijk.

tecteren is. Betekenis resultaat voor bedrijf De sensor bleek door alle uitgevoerde testen meerdere toepassingsmogelijkheden te hebben, waardoor de sensor een drietal metingen kan uitvoeren: •

(Bio)fouling/aangroei sensor: concept is bewezen en gepatenteerd. Gevoeligheid kan nog verbeterd worden. De relatie tussen het signaal en de absolute getallen van (bio)fouling moet nog gevalideerd worden. Om het product commercieel in de markt te kunnen zetten moet de relatie gelegd worden tussen signaal na correcties en een objectieve meting van biofouling. Dit moet nog wetenschappelijk bewezen worden.

•

Corrosie sensor: concept is bewezen en gepatenteerd. De gevoeligheid lijkt voldoende maar moet nog gevalideerd worden.

•

Sensor om de ionen beladingsgraad te meten: concept is bewezen en gepatenteerd. Moet nog gevalideerd worden door testen bij potentiele afnemers De status is dat de eerste sensoren in overleg met de klant in de markt gezet kunnen worden, zodat het product gevalideerd kan worden.

• Figuur 13: Test flow sensor Loppersum

Sensor om specifieke adsorptie van microverontreinigingen in (drink)water te meten door slimme toepassing van polymeerlaagjes op het meest gevoelige deel van de sensor. Dit

Deze versie is zowel bij Wetsus als bij de WMD productielocatie in

concept is bewezen en gepatenteerd; vervolg wordt gereali-

Hoogeveen (zie paragraaf 4.2) getest. De knikkers werden toege-

seerd in samenwerking met Wetsus en TU Delft.

past om meer oppervlak voor aangroei in de sensor aan te brengen en om middels monstername en analyse van knikkers een kwantita-

18


verholpen. De sensor liet in het veld en in de duurproeven weinig

Voor drinkwaterbedrijven kan dit een doorbraak zijn in het snel de-

tot geen uitval zien en de validatie software zorgde voor betrouw-

tecteren van biofouling/waterkwaliteit. Als dit doorgetrokken kan

bare meetdata.

worden naar individuele analyse van de bacteriën en zelfs daarna naar chemische stoffen wordt er voor de markt een zeer interessant

Lessons Learned

product ontwikkeld.

Voor de veldtesten zijn de sensoren in één meetsysteem ingebouwd. Tijdens het project werd duidelijk dat parallelle plaatsing

Lessons Learned

van de sensoren als gevolg van de automatische reiniging elkaar

Bij de start van SAWA is vanwege interesse van de drinkwaterbedrij-

verstoorden. Door aanpassingen aan de opstelling en de manier

ven (terecht) besloten om prioriteit te geven aan ontwikkeling en

van reinigen is dit opgelost. Na de tweede veldtest is de data van

validatie van de Coax sensor als aangroeisensor. Hoewel er al een

alle geplaatste sensoren onderling vergeleken. Deze sensoren kre-

proof-of-principle was bleek toch dat dit een uitdagende opgave is.

gen allemaal water vanuit dezelfde hoofdleiding, maar allen vanuit

Dit komt door de vereisten aan de sensorgeometrie, de gevoelig-

een eigen toevoerpunt/kraan. Een conclusie die kon worden getrok-

heid, het toe te passen dielectricum en de monstername. Dit alles

ken was dat de sensoren aan het begin van de lijn meer watervo-

in combinatie met het kunnen aantonen van een verband tussen

lume kregen en dat de kwaliteit van het water ook niet overal gelijk

het signaal en de hoeveelheid biofilm. Dit vraagt om het kunnen

bleek te zijn. Hieruit is te leren dat bij combinatie van de i::scan

uitvoeren van duurtests, die gepaard gaan met allerlei praktische

met meer sensoren, het aansluitpunt en de manier van plaatsen van

voorvallen als stroomuitval, condensvorming, uitvallen internetver-

invloed is op de meetresultaten.

bindingen. Daarmee is duidelijk geworden dat het ontwikkelen en valideren van een complexe sensor als een aangroeisensor zeker 3

Zie verder paragraaf 2.2.3.

tot 5 jaar vergt. In de projectperiode van SAWA is dan ook een schat aan informatie

3.2.4 2M Sensors

verkregen over de toepasbaarheid van het meetprincipe en is de haalbaarheid van het concept in andere toepassingen bewezen.

2M Sensors heeft zowel met een microbiologische sensor als met een fysische sensor deelgenomen aan het project Distributie.

3.2.3 Interline Meetprincipe van de E-coli sensor Interline heeft met de i::scan ook in het deelproject Distributie

Voor de microbiologische E-coli sensor is een nieuw proces bedacht

meegedaan. De beschrijving van het onderzoek en de resultaten

en hiervoor is een provisional ingediend als eerste stap voor een

staat grotendeels bij het deelproject Drentsche Aa in paragraaf 2.2.3.

patent. De sensor kan in principe binnen een half uur informatie geven over het aantal bacteriën. De sensor werkt op basis van

Meetprincipe/concept i::scan

adhesie van bacteriën aan een membraan met behulp van antilicha-

Zie paragraaf 2.2.3

men en op de gebonden bacteriën worden luminiserende nanodeeltjes aangebracht. De nano deeltjes worden met een laser

Te bereiken doelen

aangestraald en deze lichten op waarna via telling het aantal de

Zie paragraaf 2.2.3

luminiserende deeltjes( en dus het aantal E-coli bacteriën) bepaald kan worden. Gedurende het project is er gewerkt aan een proofof-concept voor dit sensor principe.

Verslag van het uitgevoerde onderzoek De eerste fase van het onderzoek heeft plaatsgevonden in SenTec en was gericht op het vaststellen van de gewenste parameters voor

Bij de ontwikkeling van de fysische sensoren is er gewerkt aan een

het bewaken van de waterkwaliteit in het distributienet en het uit-

flowsensor met een simpel en goedkoop meetprincipe welke met

zoeken van de juiste absorptiespectra (zie ook paragraaf 2.2.3). Na

behulp van een aanboor zadel eenvoudig in een op druk staande

uitgebreide duurtesten en diverse spike testen is de sensor ingezet

leiding aangebracht kan worden.

in de eerste veldproef in het distributienet van de WMD. Tijdens de veldproef is het algoritme geoptimaliseerd en is er uitgebreid aan-

Te bereiken doel

dacht besteed aan de betrouwbaarheid en bereikbaarheid van de

De microbiologische sensor moet in staat zijn real time (binnen

meetdata. Omdat de sensor als early warning system voor het dis-

half uur) organismen te identificeren.

tributienet moet functioneren, is het noodzakelijk dat de meetdata gevalideerd en altijd beschikbaar zijn. De kinderziektes die in de

Voor de fysische sensoren gaat het om goedkope nieuw ontwikkelde

eerste veldproef naar voren kwamen, zijn bij de tweede veldproef

sensoren die makkelijk in het systeem zijn in te brengen en infor-

19

matie kunnen geven over de fysische parameters om snel lekkages

Deelname aan dit project is van grote betekenis voor 2M Sensors.

te kunnen lokaliseren en als referentie voor de hydraulische simula-

Via dit project is een groot netwerk opgebouwd, zowel binnen als

ties kunnen dienen.

buiten SAWA. Momenteel is 2M Sensors betrokken bij een aantal nieuwe initiatieven waaronder de monitoring van de watervoorzie-

Verslag van het uitgevoerde onderzoek/ontwikkeling

ning bij een private instelling die de watervoorziening in eigen be-

Er is gewerkt aan de microbiologische sensor en aan de fysische

heer doet.

sensoren. Tijdens het onderzoek zijn een aantal praktische problemen bij de microbiologische sensor opgetreden bij de binding van


de deeltjes op het membraan waardoor de voortgang werd beperkt.

Het onderzoek heeft nog geen resultaat voor de markt opgeleverd.

In samenwerking met RUG-Biobrug wordt de ontwikkeling van deze,

De ontwikkeling van de beide sensoren moet worden voortgezet.

op fluorescerende nanodeeltjes gebaseerde, sensor voortgezet Lessons learned Van de fysische sensor is een prototype gemaakt en deze is getest

Het beschikbaar maken van goedkope, goede en bruikbare sensoren

bij het aansluitpunt in Pittelo waar ook de eerste veldproef heeft

is niet een eenvoudige opgave. Er is een stevige inspanning nodig

plaatsgevonden. Als referentie is een commerciële magnetometer

op het gebied van engineering om in de praktijk goed werkende

gebruikt. De sensoren hebben in september/oktober 2012 in de

sensoren te ontwikkelen.

container bij Pittelo gemeten.

3.3 Resultaten voor het deelproject: veldproeven en data-analyse In samenwerking met INCAS3 is veel tijd besteed aan het opzetten van een data acquisitie systeem. Er zijn programma’s gemaakt en de gegevens van de eerste veldproef in Assen zijn geanalyseerd; dit leverde echter geen vermeldenswaardige feiten op. Tijdens de tweede veldproef in het distributienet van het Waterbedrijf Groningen is in Loppersum en Bedum gemeten. Helaas was het niet mogelijk alle sensoren op tijd in te zetten en zijn er weinig momenten geweest dat er meerdere sensoren tegelijkertijd werkten. Dit had te maken met de beschikbaarheid van de sensoren en een gebrekkige internetverbinding. Figuur 14: prototype fysische flowsensor 2M Sensors sensors De derde veldproef heeft twee maanden geduurd (april en mei Bij de 2M Sensors flowsensor was er een probleem omdat vlakbij

2013). Er is opnieuw gemeten in het distributienet van Waterbedrijf

het pompstation de druk hoger was dan in het ontwerp was meege-

Groningen, maar nu alleen in Loppersum omdat er in Bedum vervui-

nomen. De ontwikkeling van deze sensor wordt voortgezet zodat de

lingsproblemen waren. De volgende sensoren hebben gedraaid:

sensor bij hogere drukken ingezet kan worden. Veel tijd is ook be-

-

PQET van Bright Spark

steed aan de data-acquisitie en data-analyse.

-

Coax sensor van Bright Spark

-

I::scan + S::scan van Interline

Betekenis resultaat voor bedrijf

-

Aquascope van AquaExplorer (alleen laatste 2 weken)

2M Sensors heeft als doel om kennis op te bouwen van drinkwater-

-

Referentie Drukmeting van Waterbedrijf Groningen

applicaties via het ontwikkelen van sensoren en benodigde infra-

-

Referentie geleidbaarheid, zuurgraad, temperatuur, troebelheid van WLN

structuur voor de data-acquisitie en monitoring. Daarnaast is het -

de bedoeling om met sensoren te meten in de infrastructuur van de waterleidingmaatschappijen.

20

Online TOC Analyzer van WLN

heeft de hele periode niet gefunctioneerd. Het patroon van de geleidbaarheid (E) en temperatuur (T) komen goed overeen met de referentiemeting van WLN. Ook hiervoor geldt dat de sensor beter gekalibreerd moet worden. INTERLINE VAN I::SCAN EN S::SCAN De sensoren hebben goed gefunctioneerd. Tussentijds is op basis van laboratoriumanalyses gekalibreerd. Na deze kalibratie kwam de gemeten TOC concentratie van de S::scan goed overeen met de waarden van de online TOC analyzer van WLN en met de concentraties van het WLN laboratorium. In afbeelding 17 staan de gemeten TOC concentraties van de verschillende apparaten. Figuur 15 meetopstelling container veldproef II en III Ook zijn op de drinkwater aanvoerleidingen van Loppersum PQET (druk, flow, geleidbaarheid en temperatuur) sensoren van Bright Spark uitgezet. Hier zijn speciale kastjes voor geplaatst door Waterbedrijf Groningen. De belangrijkste bevindingen zijn hieronder per sensor benoemd. BRIGHT SPARK MET DE COAX SENSOR Op basis van de data lijkt de Coax sensor goed gefunctioneerd te

Figuur 17 Gemeten TOC concentraties veldproef III

hebben. De Coax sensor blijkt vooral geschikt voor het meten van trage processen, zoals aangroei van een biofilm of anorganische

AQUAEXPLORER MET DE AQUASCOPE

fouling. De sensor is niet geschikt voor het meten van abrupte wij-

De Aquascope is op het eind van de proef ingezet en is niet vergele-

zigingen en heeft daarom beperkte toegevoegde waarde in het dis-

ken met de andere sensoren. Op basis van het totaal aan behaalde

tributienet.

resultaten wordt geconcludeerd dat de toepassing van snelle, autonome detectie van Aeromonaden middels fluorescentie in situ hybridi-

BRIGHT SPARK MET DE PQET SENSOR

zatie zoals geïmplemen- teerd in AquaScope goed mogelijk is. De

Het patroon van de drukmeting (P) is nagenoeg gelijk aan de refe-

AquaScope blijkt goed in oppervlaktewater te werken zonder mon-

rentiemeting van Waterbedrijf Groningen. In absolute zin wijkt de

stervoorbewerkingen en functioneerde in Loppersum probleemloos.

gemeten druk door de PQET sensor wel af. Dit kan Bright Spark ver-

Verschillen in resultaat tussen gekweekte en getelde aantallen in de

helpen door betere kalibratie van de sensor. De flow meting (Q)

AquaScope zijn klein en altijd in de juiste verhouding (kweek heeft

Figuur 16 . Relatie tussen gemeten druk door Bright Spark en door Waterbedrijf Groningen (op basis van uurgemiddelden) 21

3.4 Conclusies deelproject

de neiging lagere uitslagen te geven dan telling). Op basis van deze resultaten wordt geconcludeerd dat AquaScope uitermate geschikt is als online monitor/biosensor om analyses van specifieke bacteriële

Het doel van dit deelproject was om op basis van een aantal verbe-

soorten zowel in oppervlaktewater als in leidingwater uit te voeren.

terde en nieuw te ontwikkelen sensoren inzicht te krijgen in de belangrijkste parameters voor de kwaliteitsbeheersing van het distributienetwerk. Hiervoor is een aantal veldproeven uitgevoerd om deze parameters te kunnen bepalen en om vervolgens de specificaties van de ideale sensor voor het distributienetwerk te bepalen. Bij de derde veldproef zijn een groot aantal sensoren, zowel van binnen als van buiten het project ingezet. De sensoren hebben over het algemeen goed gefunctioneerd en hebben betrouwbare data geleverd. De metingen zijn vergeleken met de steekproeven die WLN in de dagelijkse praktijk toepast. De feitelijke meetgegevens laten geen grote schommelingen in de gemeten parameters in het distributienet in Loppersum zien; de waterkwaliteit is continu. Wat betreft de sensoren is de conclusie dan ook dat de PQET van Bright Spark, de spectro;;lyser en de i::scan waarden produceren die overeenkomen met de referentiemetingen van WLN. Er zijn zowel biologische als chemische als fysische sensoren ingezet bij de verschillende veldtesten. Er is meer kennis en inzicht gekomen in de inzetbaarheid van deze geteste en de sensoren die nog in ontwikkeling zijn. De betekenis daarvan wordt in hoofdstuk 6 behandeld.

22

4

Nagroei

4.1 Doel

voerd op het reine drinkwater van Pompstation Hoogeveen van de WMD. WLN en WMD hebben dit onderzoekstraject gefaciliteerd door:

Doel van het deelproject Nagroei was een verbeterde beheersing

1. het aanbieden van rein drinkwater pompstation Hoogeveen;

van de nagroei in het leidingnet door vroegtijdig in de proces-

2. het loggen van proceswijzigingen die invloed kunnen

voering te signaleren of er potentie tot nagroei is. Het gaat primair

hebben op de nagroei potentie, zoals putschakelingen en

om de ontwikkeling van sensoren die in staat zijn: •

Nagroei snel te signaleren en te kwantificeren;

•

Componenten die nagroei veroorzaken online te meten.

filterspoelingen; 3. het meten van de waterkwaliteit door lab analyses en online metingen; 4. het meten van de biofilmvormingssnelheid (BVS, referentie).

Deelnemers aan het project waren •

Bright Spark met Coax sensor en flow/druk/temperatuur/

De data van de SAWA sensoren zijn gerelateerd aan de resultaten

geleidbaarheidssensor

van de referentiemetingen, waterkwaliteit en proceswijzigingen. Op

•

Capilix/NHL met capillaire elektroforese

basis van de relaties is de toepasbaarheid van de nieuwe sensoren

•

MicroDish met culture chip en flow cell

in de dagelijkse drinkwaterpraktijk geëvalueerd.

•


•

WLN

•

WMD


Het project Nagroei bestond uit de fasen ontwikkelen in eigen huis,

4.2.1 Bright Spark

het optimaliseren in SenTec en het uitvoeren van een duurproef in het veld.

Bright Spark heeft met de Coax sensor en met een flow/druk/tem1. FASE ONTWIKKELEN

peratuur/geleidbaarheidssensor meegedaan in het deelproject Na-

De sensorontwikkelaars Capilix, Bright Spark en MicroDish hebben

groei en Distributie. In paragraaf 3.2.2. is uitgebreid ingegaan op

in eigen huis de sensor ontwikkeld en verbeterd.

de Coax sensor. Hierna worden de specifieke resultaten voor nagroei beschreven.

2. FASE SENTEC Tijdens de test en optimalisatiefase in SenTec hebben de sensoren

Meetprincipe

van Capilix en Bright Spark gedraaid op verschillende watertypen.

Zie paragraaf 3.2.2.

Onder regie van WLN is gecontroleerd nagroei en vervuiling gecreëerd met doseer-experimenten. De respons en de gevoeligheid van

Te bereiken doel

de sensoren is daarmee onder geconditioneerde omstandigheden

Doel is om online met sensoren het proces van het meten van na-

vastgesteld. Er zijn vier experimenten uitgevoerd:

groeipotentie van het water te versnellen.

1: respons ijzer- en mangaanfouling 2: respons biofouling(spotentie)

Verslag van het uitgevoerde onderzoek / ontwikkeling

3: gevoeligheid voor mate van biofouling(spotentie)

Van november 2012 tot en met april 2013 is met de Coax sensor

4: gevoeligheid voor dynamiek biofouling(spotentie)

versie 2b in combinatie met de PQET sensor getest in het drinkwaterproductiestation van de WMD in Hoogeveen.

3. FASE DUURPROEF VELD

De meetdata worden gepresenteerd in de aangesloten laptop met

Tijdens de duurproef zijn de sensoren van BrightSpark en Capilix

daarop zelf ontwikkelde software. In de afbeelding is een typische

getest en gedemonstreerd in de praktijk. Het onderzoek is uitge-

vorm van de grafieken (amplitude versus frequentieplot) te zien.

23

Figuur 18: opstelling in Hoogeveen

thode). Uit experimenten met Coax versie 2b werd geconcludeerd dat, voor het opstellen van een betrouwbare ijklijn van signaalverandering versus aangroei, een grote hoeveelheid knikkers geanalyseerd dient te worden en de geometrie van de doorstroomde sensor aangepast dient te worden. Op basis van de resultaten is besloten om een versie 3 te ontwikkelen, die in SenTec getest zal worden, na het aflopen van het project SAWA. Zie verder paragraaf 3.2.2.

Figuur 19: Detailopname van een meting Deze verandert door biologische aangroei in de sensor. De grafiek laat een verschuiving zien (data testopstelling Hoogeveen). De metingen lieten direct een stabiele en consistent signaal zien en signaalveranderingen werden geobserveerd. Signaalveranderingen binnen een week wijzen op (bio)fouling. Dit betekent een snellere reactie in vergelijking tot metingen in andere systemen. Om de signaalverandering te interpreteren naar kwantitatieve gegevens zijn de glazen parels uit de cilinder gehaald en volgens een standaardprocedure behandeld (ATP meting/plate counting me-

24

4.2.2 Capilix/NHL

naalopbrengst verbeterd. De metingen in Hoogeveen zijn gedurende enkele weken goed verlopen, maar moesten vanwege vloeistoflek-

Meetprincipe Capillaire elektroforese

kage voortijdig worden gestaakt om enkele beschadigde elektroni-

Zie beschrijving in paragraaf 2.2.1.

cacomponenten te vervangen.

Te bereiken doel

Resultaat

Het doel was een functioneel model te ontwikkelen, gebaseerd op

Het nieuw ontwikkelde dubbele systeem is ingezet bij SenTec en

microchip CE technologie. Dit systeem moet autonoom monsters

in een later stadium in Hoogeveen. De anionen Cl-, SO42- en HCO3-

nemen van effluent uit een productieproces en deze monsters ge-

(in Hoogeveen ook NO3-) konden bepaald worden, evenals de

automatiseerd doormeten op anionen en kationen. Dit betekent

kationen K+, Na+, Mg2+ en Ca2+. De gevonden niveaus kwamen

dat er een geheel nieuw type functioneel model ontworpen en ont-

goed overeen met de referentiewaarden van WLN. De scheidings-

wikkeld moet worden om de twee (voor anionen en kationen)

kwaliteit van de ionen was goed, maar de gevraagde gevoeligheid

verschillende chip-platforms gelijktijdig te kunnen aansturen en

voor detectie van fosfaat (10 ppb), ammonium (2 ppb) en acetaat

uitlezen. NHL/LSRD heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan de

(5 ppb) bleek niet haalbaar. Het ruisniveau van het meetsignaal

assay-ontwikkeling voor het meten van anionen en het testwerk op

van het dubbele systeem ligt significant hoger dan dat van het

locatie.

enkele systeem. Betekenis voor Capilix De ontwikkeling van het dubbele systeem heeft veel extra inzicht opgeleverd ten opzichte van het enkelvoudige systeem. Voor de verdere productontwikkeling moest een keuze gemaakt worden tussen beide systemen. Het met één instrument kunnen meten van zowel kationen als anionen heeft voordelen, maar uit het onderzoek is gebleken dat het dubbele systeem ook complexer is door meer hardwarecomponenten, lastigere softwarebesturing en meer ruis in signaal. Capillix heeft ervoor gekozen het enkele systeem als basis voor de eerste nulserie te gebruiken. Betekenis voor NHL/LSRD Het project SAWA heeft projectingenieurs en stagiaires van NHL/LSRD kansen gegeven om kennis en ervaring op te doen met het toepassen en optimaliseren van een online meetsysteem waarmee volledig automatisch metingen voor zowel kationen als anionen kunnen worden uitgevoerd op basis van microcapillaire elektroforese. Door SAWA was het mogelijk om studenten en

Figuur 20: Het dubbele systeem

projectingenieurs vanuit LSRD onderzoek te laten doen. Dit heeft Verslag van het uitgevoerde onderzoek

meer kennis opgeleverd over assay-ontwikkeling alsmede ervaring

Binnen het project Nagroei is er een dubbel systeem ontwikkeld

met het online meten in een praktijkomgeving.

om elk uur een monster te kunnen analyseren op zowel anionen als kationen. Hiervoor is een echt nieuw ontwerp gemaakt met een dubbele uitvoering van het chipplatform en bijbehorende liquid handling module. Deze is aan te sturen vanuit een enkelvoudig uitgevoerde elektronische aansturings- en uitlezingsunit. Na de oplevering en het eerste testwerk op het lab is het dubbele systeem geïnstalleerd in SenTec en getest op drinkwater. De metingen waren redelijk stabiel, maar werden af en toe onderbroken door vloeistoflekkages in het systeem, die tot kortsluiting, storing en doorbranden van de elektronica leidden. De chipinterface en chipdesign zijn geüpdatet en daarna opnieuw ingezet in SenTec en vervolgens in het WMD productielocatie Hoogeveen. Met dit nieuwe design is de reproduceerbaarheid en sig-

Figuur 21: NHL studenten in het lab

25


Te bereiken doel

Een robuuste online meting d.m.v. het Capilix platform van een

Het doel is om een snelle biosensor te ontwikkelen die op de groei

hele set van zowel anionen als kationen is uniek. Verder biedt die

van test bacteriën gebaseerd is om de nagroei potentie in water te

mogelijkheden voor onderzoek naar de invloed van de verschillende

kunnen bepalen. Zo mogelijk werkt de biosensor online en in situ.

factoren zoals die van belang kunnen zijn bij Nagroei en andere meer fundamentele vraagstellingen.

Verslag van het uitgevoerde onderzoek Gestart is met het ontwerp, productie, testen en optimalisatie van

Lessons learned

de Flow Cell en de Culture Chip nserts. Vervolgens is een detectie-

Bij een interface waar water en elektronica samenkomen of zich

systeem geselecteerd. Daarna zijn tests uitgevoerd met verschil-

dicht bij elkaar bevinden is er altijd risico op storing of schade als

lende watertypen en daarin ingeënte bacteriën. Lekkage bij de Flow

gevolg van vloeistoflekkage. In dit onderzoek is duidelijk gebleken

Cell en het voorkomen van uitwisseling tussen de verschillende bac-

wat de gevolgen van vloeistoflekkage kunnen zijn. Het voorkomen

teriecellen waren de belangrijkste op te lossen problemen. Uitein-

van lekkages heeft dan ook hoge prioriteit. Inmiddels is een traject

delijk zijn vier verschillende Flow Cell’s ontworpen en getest met de

gestart om hiervoor een oplossing te vinden.

bijbehorende Culture Chip inserts. De grootste zorg met deze laatste was het vinden van een laag auto-fluorescent, biocompatibel hechtmiddel dat geschikt is voor langdurige en continue toepas-

4.2.3 MicroDish

sing. Vervolgens moest er een optische microscoop ontworpen en ge-

Meetprincipe/concept

maakt worden, die geschikt was om de Flow Cell te “lezen”. De

De nagroei sensor van MicroDish meet test- of indicator bacteriën

epi-fluorescentie microscopie is als detectiesysteem in combinatie

die groeien als reactie op de aanwezigheid van nutriënten in drink-

met een CCD camera gekozen. De bacteriën werden gekleurd met

water. De biosensor bestaat uit een Flow Cell, een aangepaste Mi-

SYTO9.

croDish Culture Chip, indicator bacteriën, een camera en analyse

Voor de proof-of-principle tests is gewerkt met bacteriën die in het

software.

algemeen aanwezig zijn in gezuiverd water en worden beschreven als heterotrofe kiemgetal (HPC) bacteriën. De toegepaste test-

De Culture Chip is een poreus aluminiumoxide (PAO) membraan tus-

bacteriën waren: Escherichia coli CP38, Aeromonas hydrophilia M800,

sen twee glasplaatjes. Water kan door een kanaaltje in het onderste

Pseudomonas fluorescens P17, en Flavobacterium multivorum.

glasplaatje worden geleid. Het bovenste glasplaatje bevat compartimenten waar bacteriën op zijn aangebracht. Het membraan is ui-

Resultaten

terst poreus, waardoor het water in de Flow Cell kan stromen.

In SAWA is gebleken dat de MicroDish Flow Cell veelbelovend is

Afhankelijk van de aanwezigheid en concentratie van nutriënten in

voor het meten van nagroei potentie van drinkwater. Het principe

het water gaan de indicator bacteriën in de Flow Cell groeien.

is bewezen: de relatie tussen concentratie van voedingsstoffen en de gemeten groeisnelheid/verdubbelingstijd met de Flow Cell. Dit is in feite de basis voor het door ontwikkelen naar een continue sensor. Daarbij behoeft met name het betrouwbaar geautomatiseerd meten nog aandacht. Er zijn belangrijke stappen gezet bij het ontwerp, de fabricage, het testen en optimaliseren van de Flow Cell en Culture Chip inserts. De proof-of-principle tests van 7-10 dagen zijn continu uitgevoerd. Er is gewerkt met verschillende bacteriestammen. Na kleuring met

Door de cellen met specifieke kleurstoffen te markeren, kunnen de

nucleïnezeur, kon de celgroei met de epi-fluorescentie microscoop

bacteriën met behulp van een fluorescentie microscoop worden be-

worden gedetecteerd. De celgroei werd semi-kwantitatief bepaald

keken. Na een specifieke beeldbewerkingsstap en enkele analyses

met een open-source beeldbewerking en analyse software (ImageJ).

kan de celgroei worden bepaald. De nagroei potentie kan worden

De testen zijn met verschillende soorten water (leidingwater, gede-

bepaald door het aantal cellen per microkolonie, het aantal cellen

mineraliseerd water) uitgevoerd. Daarmee is aangetoond dat deze

per microkolonie gebied en de dekkingsgebied van bacteriën (%).

sensor de groei van bacteriën kan meten en deze vervolgens semi-

De indicator bacteriën en de nagroei potentie zijn gevalideerd aan

kwantitatief kan analyseren. De resultaten ondersteunen de haal-

de hand van bepaalde voedingsstoffen en concentraties.

baarheid van deze nagroei sensor.

26

4.3 Conclusies voor Nagroei Binnen het Nagroei project zijn drie sensoren ontwikkeld waarvan er tenminste twee veelbelovend zijn voor toepassing in de drinkwater praktijk. Dit zijn de sensoren van BrightSpark en MicroDish. Echter voor de daadwerkelijke toepassing moet nog verder worden gewerkt aan: •

BrightSpark: data-interpretatie: relatie tussen meetsignaal en daadwerkelijke nagroei onder praktijkcondities.

Figuur 22: prototype Flow Cell Microdish • Betekenis resultaat voor bedrijf

MicroDish: continu en in situ maken van de meting, automatiseren van de meting en data-interpretatie.

De bereikte resultaten zijn een belangrijke impuls om de biosensor

De Capilix sensor heeft zich bewezen als robuuste en betrouwbare

door te ontwikkelen, d.w.z. het meetprincipe continu en in situ

meettechniek voor waterkwaliteit. In SAWA is niet aangetoond dat

toepasbaar maken. Daarvoor is een geautomatiseerde meting nodig,

de Capilix techniek een goede basis is voor het meten van nagroei

die nu nog in de kinderschoenen staat. MicroDish BV is een jong

potentie. Gezien het ultralage concentratieniveau waarbij nagroei

bedrijf, dat haar productaanbod op het gebied van sensortechnolo-

wordt gelimiteerd door nutriënten (m.n. ammonium, fosfaat, niveau

gie uitbreidt.

< 10 µg/l), is de vraag of het online meten van een spectrum aan

De bereikte resultaten zijn een belangrijke impuls om de optimali-

anionen en kationen een adequate methode is om nagroei potentie

satie van de ontwikkelde biosensor voort te zetten. De optimalisa-

te monitoren.

tie zal het verbeteren van de “hardware” en de juiste selectie en validatie van de indicator bacteriën omvatten. Het aan elkaar scha-

De sensoren binnen Nagroei hadden bij aanvang een verschillende

kelen van meerdere Flow Cells en deze vervolgens online in de wa-

ontwikkel status. Deze verschillen in ontwikkeling zijn gedurende

terleiding te plaatsen zal ook binnen de optimalisatie van de sensor

het project gebleven. Dit belemmerde de synergie: de beoogde

gebeuren. MicroDish BV is een jong bedrijf, dat haar productaanbod

meerwaarde van samenhang tussen verkregen data is helaas niet

op het gebied van sensortechnologie uitbreidt. Een sensor die in

verkregen.

staat is om online en in situ microbiële nagroei te monitoren, kan toegang geven tot een veelbelovend marktsegment. Inzet in de watersector Huidige analysemethoden zijn alleen lab-based en nogal tijdrovend. Ze zijn te weinig gevoelig, waardoor vroege detectie en kwantificering van microbiële activiteit niet mogelijk is. Dit is wel gewenst om processen te kunnen optimaliseren en efficiënter te kunnen controleren. Het concept van de MicroDish nagroei biosensor zou hier heel goed in kunnen voorzien en daarmee de ontwikkeling van de volgende generatie van nagroei sensoren in kunnen luiden. Lessen De belangrijkste bevinding was dat er geen methode bestaat die online, continu en in situ nagroei kan detecteren en analyseren. Bij de ontwikkeling van het ontwerp en de optimalisatie van de Flow Cell en de Culture Chip inserts doken er opeens allerlei kleine praktische problemen op, die vooraf moeilijk waren te voorzien en echt opgelost moesten worden om tot een werkbare sensor te komen. Dit nam meer tijd in dan verwacht.

27

5

SenTec: Sensor Test- en ontwikkelcentrum

Het fysieke centrum van SAWA is SenTec, het sensor test en ontwik-

De testfaciliteiten in het SenTec hebben in het algemeen goed ge-

kelcentrum in Glimmen. SenTec is gevestigd in een voormalig pand

functioneerd. Er zijn diverse spike- en doseer-experimenten succes-

van het Waterbedrijf Groningen bij het terrein van de WLN. Er zijn

vol uitgevoerd. De testfaciliteiten en infrastructuur zijn zeer

drie aparte testruimtes voor de drie deelprojecten. Voor het werken

waardevol gebleken voor de optimalisatie en validatie van de ver-

met Genetisch Gemodificeerde Organismen (GGO) is een aparte

schillende sensoren.

ruimte ingericht, met de vereiste vergunningen.

Het GGO lab is beperkt gebruikt, omdat de daar te testen sensoren

In alle drie de ruimtes zijn zes verschillende watersoorten beschik-

meer ontwikkeltijd nodig hadden dan vooraf gedacht.

baar: Drentsche Aa water, water uit het mengbekken, anaeroob grondwater, gezuiverd grondwater, drinkwater De Punt en drinkwater uit Annen. Iedere sensorleverancier had de beschikking over een eigen testplek.

28

6

Conclusies en aanbevelingen

Toepassing sensoren voor de drinkwaterpraktijk

DISTRIBUTIE

De toepasbaarheid van de in SAWA ontwikkelde sensoren voor de Tabel 2 Toepasbaarheid sensoren deelproject Distributie

drinkwaterpraktijk is aan het slot van het project beoordeeld door WLN in samenspraak met WMD en WBG. Daarbij is ook het oordeel van de verschillende sensorontwikkelaars meegenomen. Een sensor is in principe toepasbaar indien is aangetoond: •

De Proof-of-Principle c.q. het meetprincipe;

•

Dat de gevoeligheid en robuustheid voldoende zijn;

•

Dat de sensor betrouwbaar is onder praktijkcondities.

De beoordeling van de sensoren volgt hieronder per deelproject. Daarbij is in een tabel aangegeven of en in hoeverre aan deze drie criteria wordt voldaan. Onderscheid wordt gemaakt naar voldoende aangetoond (+), onvoldoende aangetoond (-) niet aangetoond/

+ voldoende aangetoond, - onvoldoende aangetoond, ? niet aangetoond/ uitgevoerd

uitgevoerd (?). In het laatste geval betekent dit dat er op grond van de resultaten in SAWA (nog) geen oordeel kan worden gegeven.

Met de AquaScope (Aqua Explorer) zijn in het SAWA project succes-

Dit zegt niets over de mogelijke toekomstige ontwikkelingen.

volle experimenten uitgevoerd met Aeromonas. Het meetprincipe van de online monitoring van deze ‘nagroei indicator’ is aange-

DRENTSCHE AA

toond. Ook is gevoeligheid voldoende gebleken voor het volgen van Aeromonas concentraties in het leidingnet. Helaas was er onvol-

Tabel 1 Toepasbaarheid sensoren deelproject Drentsche Aa

doende tijd voor een langere duurproef onder praktijkomstandigheden. Met dit voorbehoud lijkt de AquaScope een geschikte sensor voor het volgen van bijvoorbeeld de invloed van ingrepen of bedrijfsvoering op Aeromonas I nagroei in het leidingnet. De sensoren van 2M Sensors zijn op dit moment nog niet gereed voor de praktijk. Voor het meten van vervuiling/nagroei in distributieleidingen moet er voor de toepasbaarheid van de Bright Spark Coax sensor nog werk worden verricht aan de data interpretatie. Het meetprincipe lijkt niet goed toepasbaar te zijn voor het signa-


leren van momentane veranderingen van waterkwaliteit. De sensoren van Capilix en Interline (i::scan en s::scan) zijn in

De sensoren van Interline, de i::scan en s::scan zijn toepasbaar

principe toepasbaar voor de drinkwaterpraktijk. Van de Tox meter

voor de drinkwaterpraktijk.

van 2M Sensors/KWR is het meetprincipe aangetoond, maar dit is nog lang geen toepasbare sensor voor de praktijk. Ook bij de Tox-

NAGROEI

Box van AquaExplorer is het meetprincipe aangetoond, maar de

Tabel 3 toont de toepasbaarheid van de sensoren ontwikkeld in het

sensor heeft een (voor de drinkwaterpraktijk) te hoge detectieli-

deelproject Nagroei.

miet.

Hieruit blijkt dat op dit moment geen van de sensoren toepasbaar zijn voor het betrouwbaar meten van nagroei(potentie) in de drinkwaterpraktijk. Voor de Coax sensor van Bright Spark geldt dat er aandacht moet worden besteed aan data interpretatie. Op dit moment moet de kwantitatieve relatie tussen het meetsignaal en de daadwerkelijke nagroei nog worden aangetoond. Bij de Flow Cell van MicroDish is het meetprincipe aangetoond. Ook hier moet nog 29

veel werk gebeuren aan data interpretatie, gericht op de kwantita-

nen brengen. In het onderstaande schema is aangegeven welke ont-

tieve relatie van meetdata en nagroei potentie. De Flow Cell moet

wikkeling de verschillende sensoren in SAWA hebben doorgemaakt.

nog ontwikkeld worden tot een ‘standalone’ sensor.

SAWA heeft daarbij in alle gevallen geholpen om de bedrijven zicht-

Hoewel Capilix in principe beschikt over een robuuste meettechniek

baar te maken binnen de watersector en daarmee een vaste plek te

die in de Drentsche Aa toepasbaar was, is deze voor het meten van

verwerven in dit netwerk. De deelname aan SAWA werkt daarbij als

nagroei potentie niet geschikt gebleken. Daarvoor zou de detectie-

een goede referentie, waarbij de uitgevoerde proeven een belang-

grens voor nutriënten (m.n. fosfaat, ammonium) nog substantieel

rijke rol spelen.

moeten worden verlaagd. Het is onzeker of dat met deze techniek zal lukken.

Zowel WLN als de waterbedrijven zijn overtuigd geraakt van de betekenis en de mogelijkheden van de inzet van sensoren bij de

Tabel 3 Toepasbaarheid sensoren deelproject Nagroei

drinkwaterproductie. Zij zullen dan ook zeker gebruik gaan maken van de ontwikkelde kennis en technologie. Door SAWA is een netwerk ontstaan waardoor innovatieve MKB bedrijven en kennisinstellingen met de waterbedrijven verbonden zijn. Dit is voor alle partijen winst. Inhoudelijk hebben de waterbedrijven en WLN door SAWA veel meer inzicht gekregen in de mogelijkheden om de waterkwaliteit op een andere dan de huidige manier te volgen. Dit heeft hen bij alle drie de deelprojecten vooruit geholpen in het oplossen


van de vraagstukken, al zijn deze nog niet allemaal opgelost. Daarmee is de eindbalans voor de toepasbaarheid van de sensoren als volgt

Het effect van SAWA op de Noord Nederlandse economie en werkge-

•

Toepasbaar: Sensoren Interline en Capilix (enkel systeem),

legenheid is van belang. Als gevolg van SAWA zijn er bij een aantal

AquaScope onder voorbehoud langere duurproef

bedrijven 15 structurele arbeidsplaatsen ontstaan. Een bedrijf als

Verdere validatie/verlaging detectieniveau: AquaScope en

Capilix verwacht binnen enkele jaren uit te groeien naar meer dan

ToxBox (AquaExplorer), Bright Spark Coax sensor

50 werknemers. Interline heeft met de commercieel interessante

Verder te ontwikkelen: MicroDish Flow Cell, KWR/2M Sensors

i::scan haar marktpositie enorm versterkt.

Tox monitor.

Op de iets langere termijn kunnen bedrijven als Bright Spark en

• •

Aqua Explorer uitgroeien tot dezelfde grootte. Toeleveranciers van Commercieel en werkgelegenheid

deze bedrijven komen veelal uit het Noorden, waarmee de werkgele-

Commercieel gezien is het SAWA project een succes. Heel concreet

genheid verder wordt vergroot. De kennis van de producten van

heeft het project voor een aantal deelnemende bedrijven, waaron-

deze bedrijven zit in de mensen die het hebben bedacht, waardoor

der Capilix, AquaExplorer, Interline en Bright Spark producten opge-

het niet eenvoudig is de zaak te verplaatsen naar andere locaties.

leverd die commercieel interessant zijn. Deelname aan SAWA heeft

Dit leidt tot stevig verankerde hoogwaardige werkgelegenheid in

er voor Capilix toe geleid dat zij onderdeel zijn geworden van een

het Noorden van Nederland.

gerenommeerd bedrijf en onder die vlag op grote schaal kunnen produceren en wereldwijd vermarkten. Andere bedrijven hebben

Evaluatie project

grote stappen voorwaarts gemaakt en verwachten op grond daarvan

Succesfactoren van het SAWA project waren

de sensor binnen enkele maanden tot jaren naar de markt te kun-

•

De samenwerking binnen “de Gouden Driehoek” van onderwijs, ondernemers en overheid. De uitwisseling van kennis, ideeën en wensen vanuit de eindgebruikers is essentieel om dit soort innovatieve technologie tot een succes te brengen. Dit is in SAWA goed gelukt.

•

Ondanks hun eigen strakke lesprogramma van onderwijsinstellingen, is het in SAWA uitstekend gelukt om het onderwijs bij dit project te betrekken. Zo waren er een aantal stages maar ook opdrachten voor studenten in verschillende modules. De resultaten van deze opdrachten zijn weer teruggekoppeld naar het project en daar opgepakt. Dit heeft zowel voor het onderwijs als voor het project en de betrokken bedrijven positieve resultaten opgeleverd

30

•

Het ontwikkelen en testen van sensoren neemt 5-10 jaar in

voor nodig was, is door alle partijen echt onderschat. De

beslag. Alle partijen hebben door SAWA een enorme versnel-

meeste deelnemers geven aan niet gauw meer deel te zullen

ling kunnen aanbrengen in deze ontwikkeling, waardoor het

nemen aan een subsidieproject waar SNN de uitvoerende

merendeel enkele jaren tijdwinst heeft kunnen boeken.

instantie is.

Toch zijn er ook dingen die beter hadden gekund. •

Publiciteit

De subsidieaanvraag voor het project is in korte tijd ge-

Met een eigen website en drie nieuwsbrieven en drie projectbladen

maakt, om nog aanspraak te kunnen maken op de subsidie-

heeft SAWA zich goed kunnen presenteren. Sensor Universe heeft in

pot. Het gevolg was dat de samenstelling van deelnemende

2012 een special over water en sensortechnologie uitgegeven, waar

partijen in een hele korte tijd tot stand is gekomen.

SAWA een ruime plek heeft ingenomen. Tijdens diverse bijeenkom-

Tijdens het project bleek dat de ingebrachte sensoren on-

sten van Sensor Universe en de Water Alliance heeft SAWA zich

derling sterk verschilden in ontwikkelstadium. Sommige

kunnen presenteren.

sensoren waren de fase van prototype al gepasseerd en

Daarnaast zijn er diverse presentaties gehouden op nationale en

konden vrij snel starten met testen in SenTec. Anderen

internationale bijeenkomsten.

sensorleveranciers hadden vooral een meetprincipe. Zij

SenTec heeft vooral in 2011 en 2012 zeer geregeld bezoekers uit de

hebben hun idee binnen SAWA kunnen ontwikkelen en in

watersector mogen ontvangen. In het kader van de Europa Kijkda-

een apparaat weten om te zetten, maar konden daardoor

gen heeft SAWA twee keer haar deuren opengezet voor het alge-

pas aan het eind het apparaat in SenTec gaan testen. Dit

meen publiek. Het SAWA project is afgesloten met een slotcongres

faseverschil tussen de verschillende sensorleveranciers heeft

in september 2013.

er toe geleid dat de beoogde synergie tussen een aantal

•

partners pas aan het eind van het project, bij de data-

Wat na SAWA

analyse, goed tot ontwikkeling kon komen.

Via SAWA heeft een aantal bedrijven met succes een commercieel

Het projectplan bevatte ruim geformuleerde doelstellingen

toepasbare sensor weten te ontwikkelen. Zij gaan op eigen kracht

voor de drie deelprojecten en per sensor. Er is vervolgens

of onder de vlag van een nieuwe investeerder met het vermarkten

weinig tijd besteed aan het nauwkeuriger formuleren van de

van hun product verder.

specificaties waaraan de sensoren aan het eind van het

•

•

project zouden moeten voldoen en aan de inschatting of de

Een aantal sensorleveranciers is nog niet klaar met de ontwikkeling

concepten/apparaten daartoe ook in staat zouden zijn.

en zou graag in SAWA verband door gaan en het SenTec willen/kun-

Data-analyse is een essentieel onderdeel bij de inzet van

nen blijven gebruiken. Het voordeel daarvan is de beschikbaarheid

sensortechnologie. De partner die vooral op dit terrein

van SenTec, de mogelijkheid daar om met GMO’s te werken, de be-

expertise zou leveren, moest om formele redenen bij de

schikbaarheid van de expertise en faciliteiten van WLN, de betrok-

start van het project afhaken. In de loop van het project

kenheid van de waterbedrijven en de voordelen van de

hebben een aantal partijen hiervoor alsnog capaciteit vrij

samenwerking met andere bedrijven. Besloten is om het project

gemaakt. Er liggen echter nog heel veel data waar nog aan

niet in de huidige vorm voort te zetten. Dit heeft vooral te maken

gewerkt kan worden.

met het verschil in afstand tot de markt van de verschillende sen-

Bij SAWA zijn alle partijen in een vrijwillig samenwerkings-

soren.

verband gestapt. Deze vrijwilligheid betekent ook een ze-

SenTec heeft in het project zijn betekenis bewezen. WLN heeft dan

kere vrijblijvendheid. Hoewel de waterbedrijven de vragende

ook besloten om dit concept, een onderzoeks- en testlocatie voor

partij zijn, waren zij geen opdrachtgever en konden geen

sensoren in de praktijk, te vervolgen. WLN is bezig dit verder uit te

eisen stellen aan de producten en de termijnen. Sommige

werken. De bundeling van bedrijven, kennisinstellingen en waterbe-

partijen moesten dan ook worden aangesproken op hun

drijven is buitengewoon goed bevallen. De SAWA partners hebben

inzet. Gedurende een projectperiode van 3,5 jaar gebeurt er

dit als een nuttig platform ervaren, waarbij het goed mogelijk was

bij de deelnemers ook van alles, waardoor zij soms ten

om in alle openheid kennis te delen en van elkaars werelden te

koste van SAWA andere prioriteiten hebben moeten stellen.

leren. De SAWA partners willen deze platformfunctie ook na SAWA in

Een project van drie en half jaar is dan lang. Een fasering

stand houden. WLN zal hieraan invulling geven.

met go/no-go momenten had dit mogelijk kunnen ondervangen. •

Alle partijen hebben tijdens het project buitengewoon veel moeite gehad om te voldoen aan de rapportageverplichtingen van de subsidiegever, ook omdat deze tijdens het project wijzigden. De tijd, deskundigheid en inzet die hier-

31

Bijlage deelnemers SAWA

Interline Systems BV Interline Systems BV ontwerpt en bouwt industriële analysesystemen. Interline heeft ervaring op het gebied van ontwerpen, produceren, commissioning en het opstarten van complete proces-analysesystemen voor o.a. de proces en waterindustrie. Interline vertegenwoordigt een aantal gerenommeerde merken voor online analyse in de petrochemische industrie en o.a. s::can, Pamas en Insite IG. Interline doet mee in deelprojecten Drentsche Aa en Distributie. www.interline.nl

AquaExplorer AquaExplorer richt zich op ontwikkelingsprojecten (analyse- en monitoring) binnen de water- en afvalwater sector en levert totaal oplossingen bij procesoptimalisaties. Eén van de belangrijkste speerpunten van AquaExplorer is de ontwikkeling van snelle detectietechnologieën van microbiologie. Deelnemer in deelprojecten Distributie en Drentsche Aa. www.aquaexplorer.nl

AVIC AVIC levert oplossingen om processen, systemen en machines op afstand te monitoren, bedienen en te bewaken. Met behulp van Internet, GPRS en andere draadloze communicatietechnieken worden machine- en procesinformatie overal toegankelijk. AVIC ontwikkelt en test een webapplicatie om de verkregen data uit het veld te analyseren en te interpreteren en bij afwijkingen te alarmeren. Deelnemer in deelproject Distributie. www.avic.nl

KWR Watercycle Research Institute KWR (voorheen Kiwa Water Research) is een kennisinstituut voor de watercyclus. Met de uitgebreide nationale en internationale kennisnetwerken en door de ontwikkeling van toepasbare wetenschappelijke inzichten, slaat KWR een brug tussen wetenschap, bedrijfsleven en samenleving. Bij KWR is een promotieonderzoek uitgevoerd naar de verdere ontwikkeling van een toxiciteitssensor voor water, op basis van genetische gemodificeerde bacteriën. KWR doet mee in deelproject Drentsche Aa. www.kwrwater.nl

2M Sensors Ltd 2M Sensors ontwikkelt nieuwe sensoren en nieuwe toepassingen daarvoor in samenwerking met anderen om vanuit de applicatiekennis de juiste specificaties voor sensoren te definiëren. Voor 2M Sensors is water een nieuw applicatie gebied. 2M Sensors is betrokken bij de ontwikkeling van legionella en toxicity sensoren. 2M Sensors neemt deel aan het programma “sensor technology for waterapplications” van WETSUS. 2M levert de deelprojectleider voor het project Distributie en doet mee in deelproject Drentsche Aa. www.2M Sensorssensors.com

Bright Spark BV Bright Spark heeft expertise op het gebied van ontwikkeling van met name fysische sensoren en is eigenaar van een technologie om neerslagen en aangroei in leidingen te meten m.b.v. fysische technieken. Bright Spark BV is themaleider in het programma “sensor technology for waterapplications” van WETSUS. Deelnemer in deelproject Nagroei en Distributie. www.brightspark.nl

Capilix BV Capilix BV meet chemische componenten in water met behulp van een microchip capillaire electroforese. Zo kunnen op basis van elektrische spanning verschillende opgeloste stoffen in water (bv. ionen of kleine organische componenten) worden gescheiden in een microcapillair. De microchip, gebaseerd op Electro Conductiviteit (EC), meet vervolgens de van elkaar gescheiden stoffen. Capilix is deelnemer in de deelprojecten Drentsche Aa en Nagroei. www.capilix.com

Microdish BV MicroDish BV heeft ervaring in de ontwikkeling van culture chip (MDCC). De MDCC is een apparaatje dat het volgen van microkolonies van een paar cellen mogelijk maakt. Deze chips zijn zeer geschikt voor de snelle detectie van microbiële groei. MicroDish heeft in SAWA gewerkt aan een test voor microbiële nagroei die aanzienlijk sneller is dan de huidige standaard, en die meer relevante informatie toevoegt. MicroDish doet mee in deelproject Nagroei. www.microdish.nl

INCAS³ INCAS³ is een onafhankelijk, privaat, non-profit onderzoeksinstituut gericht op het oplossen van uitdagende industriële en maatschappelijke technologische problemen door het combineren van academische en engineering excellentie. Het onderzoek wordt uitgevoerd door promovendi, postdocs en senior wetenschappers, in samenwerking met een team van ervaren ingenieurs, op het hoofdkantoor in Assen, alsook bij de verschillende internationaal gerenommeerde partner instituten. INCAS³ wordt gefinancierd door het Ministerie van Economische Zaken, de Provincie Drenthe, het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling en de Gemeente Assen. www.incas3.eu

MicroLAN MicroLAN BV ontwerpt en levert meet- en monitoring technieken voor de kwaliteitscontrole van oppervlaktewater. De ontwikkelingen zijn gericht op hoogwaardige online-biomonitoring technologie door gebruik van TOX control monitoren, waarmee steeds meer inzicht wordt verkregen over de toxicologische status van het oppervlaktewater. MicroLAN neemt deel aan het programma ”sensor technology for waterapplications” van WETSUS. MicroLAN doet in SAWA mee in deelproject Drentsche Aa. www.MicroLAN.nl

32

Wetsus, centre of excellence for sustainable water technology Wetsus faciliteert trendsettende kennis ontwikkeling. Wetsus creëert een unieke omgeving en strategische samenwerking voor de ontwikkeling van renderende en duurzame "state of the art" water technologie. De inspirerende en multidisciplinaire samenwerking tussen meer dan 70 bedrijven en 13 onderzoeksinstituten in Wetsus resulteert in innovaties die significant bijdragen aan de oplossing van de water problemen in de wereld. Wetsus is uitvoerder van het Technologisch Topinstituut Watertechnologie programma. In SAWA brengt Wetsus een netwerk en kennis in. www.Wetsus.nl

NHL Hogeschool Leeuwarden Life Sciences & Technology (LS&T) – een samenwerkingsverband van NHL Hogeschool en hogeschool VHL – vindt samenwerking tussen bedrijfsleven en onderwijs van groot belang voor de kwaliteit van het hoger onderwijs. Om deze reden werd naast de opleidingen een Research & Development groep opgericht - Life Sciences Research & Development (LSRD). Door mee te werken in projecten samen met het bedrijfsleven is LS&T in staat de structurele kennispositie van de hogescholen te versterken. Bij LSRD werkt een aantal projectingenieurs voornamelijk in subsidieprojecten samen met het bedrijfsleven om de continuïteit en gevraagde flexibiliteit te waarborgen maar vooral om vanuit het project opdrachten in LS&T modules onder te brengen en stage opdrachten binnen de verschillende deelprojecten en onderzoeksfases te genereren. De kenniscirculatie die zo op gang komt brengt aan de ene kant (kennis van) nieuwste technieken en methoden in het hoger onderwijs en aan de andere kant wordt de kennis, expertise van docenten en studenten en faciliteiten van de hogeschool voor projecten benut. Het project SAWA past heel goed in deze kenniscirculatie. LS&T is geïnteresseerd om de kennis op het gebied van snelle detectie te vergroten omdat o.a. al veel kennis op het gebied van moleculaire biologie en chemie bestaat. In het project is LSRD partner in alle deelprojecten. Projectingenieurs ondersteunen AquaExplorer en Capilix in de deelprojecten Drentsche Aa en Distributie door kennis (docenten), mankracht (projectingenieurs, stagiaires, studenten) en faciliteiten te leveren. www.nhl.nl

WLN WLN is opgericht door Waterbedrijf Groningen (WBGR) en de Waterleidingmaatschappij Drenthe (WMD). WLN is het centrum voor waterkwaliteit en watertechnologie en werkt samen met wetenschappelijke instituten zoals KWR, Wetsus en universiteiten. Sensoren zijn een belangrijk aandachtsveld omdat WLN verwacht dat online monitoring in de toekomst de hoofdactiviteit van het laboratorium zal zijn. WLN neemt deel aan het programma “sensor technology for waterapplications” van WETSUS. WLN is in SAWA deelprojectleider voor de projecten Drentsche Aa en Nagroei en doet mee in deelproject Distributie. WLN zorgt voor het testen ontwikkelcentrum SenTec en is penvoerder. In alle deelprojecten levert WLN specifieke kennis op het gebied van de chemische en biologische waterkwaliteit en denkt mee met de sensorleveranciers over de relatie tussen de verkregen respons en de waterkwaliteit. www.wln.nl

Waterbedrijf Groningen NV Waterbedrijf Groningen levert drinkwater en industriewater in de provincie Groningen. Samen met WMD vertegenwoordigt Waterbedrijf Groningen de probleemhebbers en is daarmee ook potentiële klant van de ontwikkelde sensoren. Waterbedrijf Groningen biedt verschillende waterkwaliteiten en stelt het distributienet beschikbaar. Zij brengt kennis in die nodig is om de te ontwikkelen en sensoren toepasbaar te maken voor drinkwater. Waterbedrijf Groningen neemt deel aan het programma ” sensor technology for waterapplications” van WETSUS. Waterbedrijf Groningen doet in SAWA mee in de deelprojecten Drentsche Aa, Distributie en Nagroei. www.waterbedrijfgroningen.nl

Waterleidingmaatschappij Drenthe (WMD) NV Waterleidingmaatschappij Drenthe (WMD) levert drinkwater en proceswater in de provincie Drenthe. WMD vertegenwoordigt samen met Waterbedrijf Groningen de probleemhebbers en is daarmee ook potentiële klant van de ontwikkelde sensoren. De WMD stelt het distributienet beschikbaar en brengt kennis in die nodig is om de te ontwikkelen en sensoren toepasbaar te maken voor drinkwater. WMD neemt deel aan het programma “sensor technology for waterapplications” van Wetsus. WMD doet in SAWA mee in de deelprojecten Distributie en Nagroei.

www.wmd.nl

33

Samenwerkingsverband Noord-Nederland Dit project wordt medegefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling en door het Ministerie van EZ, Pieken in de Delta

en door de drie provincies Groningen, Friesland en Drenthe.

SAWA is mede geïnitieerd door:

www.projectsawa.nl

C o l o f o n. WLN Eindrapport Project SAWA, Sensors And WAter juli 2013 redactie: M. Buitenkamp, Anantis

Recommend Documents