On-line bewaking van Legionella preventie-systemen

Eindrapport Fryslan Fernijt III project

‘On-line bewaking van Legionella preventie-systemen’ 30 september 2013

Auteurs: Maarten Nederlof (redactie), Peter van der Linde, Nikolaj Walraven, Martin Brandsma, Monique Bastmeijer, Leo de Zeeuw, Clemens Stemerdink.

1

Hoofdstuk 1: Inleiding 1.1. Inleiding Legionella problematiek Legionella is een bacterie die in waterige milieus kan overleven maar voor de vermeerdering protozoa als gastheer nodig heeft (RIVM, 2012). Deze protozoa komen voor in biofilms in bijvoorbeeld waterleidinginstallaties en koeltorens (RIVM, 2012). De biofilms vormen een voedselrijke omgeving voor protozoa en Legionella bacteriën. Vooral in stilstaand water en bij temperaturen tussen 20 en 55 graden Celsius kan Legionella zich vermenigvuldigen. Dit gebeurt vaak in koeltorens en gebouwen met complexe drinkwatersystemen (o.a. ziekenhuizen, hotels en zorginstellingen) waar water stil kan staan. Normaal gesproken kan vermeerdering van de Legionella bacterie voorkomen worden door het koude water koud te houden (dwz < 20 graden C) en het warme water warm (dwz > 55 graden C). De Legionella bacterie kan de veteranenziekte veroorzaken, dit geldt met name voor Legionella Pneumophila. Besmetting met Legionella wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het inademen van de bacterie in zeer kleine druppeltjes waternevel, dit kan bijvoorbeeld voorkomen tijdens het douchen met besmet water. Uitbraken van Legionella pneumonie (longontsteking), waarbij mensen ziek werden door blootstelling aan Legionella afkomstig uit besmet leidingwater en besmette koeltorens zijn veelvuldig beschreven (RIVM, 2012). Met name oudere mensen (>50 jaar), mensen met een verlaagde weerstand (o.a. in ziekenhuizen), mensen met longaandoeningen (zoals emphysema) en rokers of voormalige rokers zijn kwetsbaar. De meeste mensen worden echter na besmetting niet ziek. Wanneer de ziekte zich wel openbaart, dan is deze te behandelen met antibiotica. Doorgaans krijgt iemand alleen griep of longontsteking. Alleen in ernstige gevallen kan de veteranenziekte, zonder de juiste behandeling, dodelijk zijn.

1.2. Legionella preventie (o.a. ‘ladder van VROM’ Het Ministerie van Infrastructuur en Milieu (I&M) is in Nederland verantwoordelijk voor het Legionella beleid. Dit Legionella beleid is wettelijk verankerd in het Drinkwaterbesluit met bijbehorende regelingen (2011). Bij Legionella preventie in collectieve leidingwaterinstallaties houdt het ministerie van I&M primair vast aan toepassing van het thermisch beheersconcept, welke aantoonbaar in fysieke logboeken op locatie moet worden bijgehouden. Dit concept wordt in combinatie met een risico-analyse en beheersplan ingezet bij prioritaire locaties, zoals opgesomd in het Drinkwaterbesluit (Staatscourant, 2011). Er dienen tevens halfjaarlijkse bemonsteringen uitgevoerd te worden op Legionella bacteriën. Wanneer er een verhoogd aantal Legionella bacteriën wordt geconstateerd, dient deze besmetting te worden verholpen en tevens wordt dan de bemonsteringsfrequentie verhoogd, totdat de besmetting is verholpen. In een aantal collectieve leidingwaterinstallaties blijkt toepassing van dit concept om technische en/of financiële redenen niet altijd uitvoerbaar of niet afdoende te zijn. Volgens de zogenaamde “ladder van VROM” (deze volgorde is inmiddels wettelijk verankerd in artikel 44 van het Drinkwaterbesluit, Staatscourant, 2011) hebben de eigenaren van dergelijke leidingwaterinstallaties de mogelijkheid om alternatieve technieken in te zetten (zie figuur 1.1.), mits onderbouwd door een BRL6010 gecertificeerde organisatie. Xigna, partner in onderhavig project, is zo’n BRL 6010 gecertificeerde organisatie. In de praktijk betekent dit dat eerst zogenaamde fysische methoden

2

(zoals UV en UF) en vervolgens elektrochemische methoden zoals koper/zilver ionisatie en anodische oxidatie in aanmerking komen. Bij omvangrijke leidingwaterinstallaties, zoals in grote zorginstellingen, is de toepasbaarheid van fysische methoden beperkt. Voor de toepassing van point-of-use filters is het aantal tappunten te groot en voor de toepassing van een poortwachtersysteem (UF, UV, TA+, etc.) is de installatie vaak veel te complex. Veel bestaande zorginstellingen met hardnekkige Legionella problemen gaan daarom over op de toepassing van koper/zilver ionisatie. Holland Watertechnology, penvoerder van dit project, is leverancier van het Bifipro-systeem. Met het Bifipro-systeem worden koper- en zilverionen aan het water toegevoegd. Er zijn verschillende systemen ontwikkeld die koper- en zilverionen aan het water toevoegen. Het systeem dat Holland Watertechnology heeft ontwikkeld is uniek te noemen en voegt zeer accuraat koper en zilver aan het water toe. In diverse studies is aangetoond dat bij concentraties van circa 400 ± 100 g Cu/l en 40 ± 10 g Ag/l Legionella effectief kan worden bestreden (o.a. Liu et al., 1994, 1998; Lin et al., 1996; Rohr et al., 1996; Kiwa, 2006, Walraven, 2008; Lin et al., 2011; RIVM, 2012).

Figuur 1.1.: VROM-ladder (bron: Xigna, 2011). Deze is nu verankerd in artikel 44 van het Drinkwaterbesluit (Staatscourant, 2011). De toepassing van koper/zilver ionisatie als desinfectie methode valt sinds enkele jaren onder de Wet Gewasbeschermingsmiddelen en Biociden (WGB). Dit betekent dat een leverancier die koper/zilver ionisatie in Nederland op de markt wil brengen voor toepassing in leidingwaterinstallaties, voor die toepassing een toelating moet hebben van het College Toelating Gewasbeschermingsmiddelen en

3

Biocides (CTGB). Op dit moment heeft een aantal leveranciers een toelating, waaronder Holland Watertechnology BV (Holland Water). Holland Water heeft het systeem in eigen beheer ontwikkeld (en gepatenteerd). De andere aanbieders op de Nederlandse markt werken met (van origine) Amerikaanse en/of Engelse producten.

1.3. Aanleiding en doel Fryslân Fernijt III project Aanleiding Holland Water heeft meer dan 200 koper/zilver ionisatiesystemen, Bifipro® genaamd, geïnstalleerd in Nederland, Italië en België. De klanten van Holland Water hebben aangegeven behoefte te hebben aan een verdere technische optimalisatie van het systeem, met name ten aanzien van de bewaking van het systeem. In de huidige situatie wordt voor relatief hoge kosten, beperkt gemonitord (zie Hoofdstuk 2). Door het koper/zilver ionisatiesysteem uit te rusten met sensoren, kan de waterbehandeling geoptimaliseerd worden en de (monitoring)kosten verlaagd. Door gelijktijdig frequent flow, temperatuur en concentraties van koper en zilver in-line te meten met sensoren, kan de ionisatie-apparatuur nog efficiënter worden ingezet. Efficiënt wil zeggen, een voldoende desinfecterende werking met een minimum aan energie-, water- en biocideverbruik (lees: koper en zilver). Daarnaast is het streven om het effect van koper en zilver op het leidingnet on-line te kunnen volgen met een recentelijk ontwikkelde biofilmsensor. Wanneer er geen biofilm aanwezig is op het leidingmateriaal, is de kans zeer gering dat Legionella bacteriën zich kunnen vermeerderen..

Doel van het project Het doel van het project is om te komen tot een totaal Legionella-preventie concept waarbij koper/zilver ionisatie volledig geautomatiseerd kan worden toegepast. Hiermee kunnen significante besparingen op water en energie worden gerealiseerd doordat het thermisch beheersconcept verlaagd kan worden. Tegelijkertijd wordt een rapportage geleverd die enerzijds voldoet aan de kwaliteitseisen van de eindgebruiker, anderzijds gebruikt kan worden voor rapportage aan de Inspectie Leefomgeving en Transport (ILT). Parallel aan de technische ontwikkeling van het concept zijn ook stappen ondernomen om de mogelijkheid van het verlagen van het thermisch beheersconcept (dwz verlagen temperatuur en verlagen spoelfrequentie) wettelijk geregeld te krijgen. Voor een verdere uiteenzetting hierover wordt verwezen naar paragraaf 5.4.. De opbrengsten van het project bestaan technisch uit een Bifipro® systeem met geïntegreerde koper/zilver sensoren en een daaraan gekoppelde biofilmsensor. Tot slot wordt kennis gegenereerd over het effectief bestrijden van Legionella in drink- en koelwatersystemen.

1.4. Partners De partners in het project zijn: 

Holland Watertechnology BV (Holland Water): ontwikkelaar en leverancier van koper/zilver ionisatie-apparatuur en mede-ontwikkelaar van de koper- en zilversensor;

4

   

Geoconnect: mede ontwikkelaar en leverancier van koper- en zilversensoren; Bright Spark BV: ontwikkelaar en leverancier van de biofilmsensoren en de sensoren voor de temperatuur, geleidbaarheid, druk en flow; Xigna BV: onafhankelijk adviesbureau dat door KIWA BRL6010 gecertificeerd is op het gebied van Legionella adviesdiensten en dat Legionella preventie implementeert in kwaliteitszorg en organisatie van de eindgebruiker. Center of Expertise Watertechnology (CEW): kennis- en innovatiecentrum voor toegepast onderzoek en productontwikkeling op het gebied van watertechnologie.

Holland Water , penvoerder van dit project, heeft in samenwerking met GeoConnect de koper- en zilver sensoren gekoppeld aan de ionisatie-apparatuur. Bright Spark heeft de biofilmsensor toegevoegd aan het systeem. Xigna heeft de koppeling gemaakt tussen het Bifipro-systeem inclusief sensoren en het kwaliteitszorgsysteem UCare4. CEW heeft het project inhoudelijk begeleid, technologieleveranciers en eindgebruikers aan elkaar gekoppeld en de disseminatie van de kennis naar het onderwijs en het werkveld (o.a. via studenten, docenten, vakbladen H2O en TVVL en de organisatie van een afsluitende workshop voor leveranciers en eindgebruikers) gecoördineerd.

Verder waren de volgende partijen (als derden) bij het project betrokken:     

KWR: kennisleverancier ten aanzien van Legionella. IMIQ advies: kennisleverancier ten aanzien van Legionella-wetgeving. Paleoterra: software ontwikkelaar en monitoring netwerk specialist. Vitens Laboratorium: chemische en microbiologische analyses. Life Science R&D (via CEW): microbiologische ondersteuning proeven in het Waterapplicatiecentrum.

1.5. Projectopzet In het project zijn een zestal fasen onderscheiden volgens het projectplan. In fase 1 zijn de technische componenten (o.a. koper/zilver sensor, biofilmsensor en interfaces) (door)ontwikkeld en getest. In fase 2 is de sturing van de koper/zilver ionisatieapparatuur – op basis van de koper en zilver sensordata – ontwikkeld en getest. In fase 3 is het sensorgestuurde bewakingssysteem voor de koper/zilver ionisatieapparatuur ontwikkeld en getest. Hierbij is ook de biofilmsensor in het concept opgenomen. In fase 4 is het ontwikkelde Legionella preventie systeem in zijn geheel getest onder semi-praktijk condities in het Waterapplicatiecentrum te Leeuwarden. In fase 5 is een software pakket ontwikkeld waarbij de monitoring aansluit bij een Legionella protocol zoals dat gebruikt kan worden door de eindgebruiker en dat voldoet aan wettelijke verplichtingen. In fase 6 is de markpotentie van de ontwikkelde technologieën onderzocht, zijn business cases uitgewerkt en zijn de projectresultaten middels een workshop en publicaties aan een breder publiek kenbaar gemaakt.

1.6. Leeswijzer In hoofdstuk 2 wordt de huidige stand van zaken rond koper/zilver ionisatie als Legionella preventie methode uiteengezet. Hierin wordt tevens de behoefte aan productontwikkeling vanuit de markt

5

geschetst, wat de aanleiding vormde voor het onderhavige project. Tevens wordt ingegaan op de behoefte om met behulp van sensoren het Legionella preventie-systeem on-line te bewaken en de manier waarop dit voor koper/zilver ionisatie wordt ingevuld. In hoofdstuk 3 wordt verslag gedaan van de ontwikkeling van de individuele componenten (fase 1 t/m 3 en 5). In hoofdstuk 4 worden de resultaten van de proeven in het Waterapplicatiecentrum weergegeven waar alle componenten gecombineerd zijn in een demonstratie-installatie (fase 4). In hoofdstuk 5 wordt ingegaan op de wettelijke beperkingen van het verlagen van het thermisch beheersconcept en worden recente ontwikkelingen in deze regelgeving geschetst. In hoofdstuk 6 wordt ingegaan op enkele praktijktoepassingen van het Bifipro-systeem en wordt geschetst hoe het totaal concept in de praktijk verder getest kan worden. Hoofdstuk 7 schetst het marktpotentieel van het totaalconcept maar ook van de individuele componenten die ook voor andere toepassingen ingezet kunnen worden (fase 6). De conclusies van het onderzoek volgen in hoofdstuk 8 waar ook aanbevelingen staan voor vervolgonderzoek in de praktijk met het oog op verdere implementatie van de technologie in de zorgsector.

6

Hoofdstuk 2: Legionella preventie met koper/zilver ionisatie 2.1. Werkingsprincipe In Nederland mag koper/zilver ionisatie pas worden toegepast als thermisch, fysisch en/of fotochemisch beheer niet werkzaam is gebleken bij het bestrijden van een Legionella besmetting en overschrijdingen van de norm blijven bestaan (Legionella > 100 kve/l in leidingwater en > 1000 kve/l in koeltorens). Diverse onderzoeken hebben aangetoond dat koper/zilver ionisatie een effectieve methode is om Legionella groei en biofilmvorming in leidingwaterinstallaties en koeltorens te bestrijden (o.a. Liu et al., 1994, 1998; Lin et al., 1996; Rohr et al., 1996; Kiwa, 2006, Walraven, 2008; Lin et al., 2011; RIVM, 2012). Momenteel (september 2013) zijn er naar schatting 400 koper/zilver ionisatie systemen operationeel in Nederland, waarbij Holland Water marktleider is. Koper/zilver ionisatie is gebaseerd op het in-situ genereren van koper- en zilverionen in water door middel van de gecontroleerde ionisatie van koper en zilverelektroden. De positief geladen koper- en zilverionen vormen elektrostatische verbindingen met negatief geladen delen van de celwand van de Legionella bacterie. Dit leidt tot cellysis en celdood. Het koper/zilver ionisatie systeem van Holland Water wordt Bifipro genoemd, hetgeen staat voor BIoFIlm PROtector. Het systeem bestaat uit een regelunit met daarin een PLC, verschillende Cu/Ag ionisatiecellen en een flowmeter. De ionisatiekamer bevat de elektroden: koper- en zilverelektrodes van puur koper en puur zilver. De elektroden in de cel worden aangestuurd door een computergestuurde gelijkstroombron. Deze gelijkstroom zorgt ervoor dat de afscheiding van koper(Cu2+) en zilverionen (Ag+) binnen een vastgestelde concentratie blijft: 400±100 µg/l Cu en 40±10µg/l Ag. In combinatie met een flowmeter regelt de PLC de Cu2+ en Ag+ afgifte bij verschillende debieten.

2.2. Toepassing in de praktijk In Nederland mag koper/zilver ionisatie alleen worden ingezet op prioritaire locaties (o.a. zorginstellingen, ziekenhuizen, penitentiaire inrichtingen, zwembaden en campings) en in koeltorens met een maximale capaciteit van 4MW. In andere landen mag koper/zilver ionisatie breder worden toegepast, zoals in sportcentra en appartementengebouwen. Na plaatsing van een Bifipro® systeem is het in Nederland wettelijk verplicht om de kwaliteit van het behandelde water periodiek te monitoren. De parameters die gemonitord dienen te worden zijn de Legionella-, koper- en zilverconcentratie. Het aantal te bemonsteren tappunten is afhankelijk van het totale aantal tappunten op de behandelde locatie. Monstername en laboratoriumanalyses dienen verricht te worden door een gecertificeerde monsternemer en een geaccrediteerd laboratorium. Bij aanvang (dwz na plaatsen van het Bifipro systeem) is de monitoringsfrequentie 1 keer per maand. Als de Legionella concentratie na 3 maanden lager is dan 100 kve/l in leidingwater of lager dan 1000 kve/l in koeltorens dan mag de monitoringsfrequentie verlaagd worden naar 1 maal per kwartaal. Vervolgens mag halfjaarlijks gemonitord worden als de Legionella concentratie na een half jaar nog steeds lager is dan 100 kve/l in leidingwater of lager dan 1000 kve/l in koeltorens. Tevens dient bemonsterd te worden op koper en zilver. Ook deze parameters dienen binnen de (drinkwater)norm te blijven om minder frequent te mogen bemonsteren.

7

Hierbij zij opgemerkt dat drinkwatertoepassingen wettelijk geregeld zijn in het Drinkwaterbesluit en de daaraan gekoppelde Regeling Legionella Preventie en dat toepassingen voor koeltorens geregeld zijn in de Wet Milieubeheer en Arbo-regelgeving. Toepassing van koper/zilver ionisatie als alternatief voor thermisch beheer maakt een ander soort beheer mogelijk. Wanneer gebruik wordt gemaakt van koper/zilver ionisatie is thermische desinfectie en frequent spoelen strikt genomen niet meer noodzakelijk. Echter, weinig gebruikte tappunten zullen nog met en zekere regelmaat moeten worden gespoeld om de aanwezigheid van de actieve stoffen koper en zilver daar te kunnen garanderen. Hoewel in theorie de watertemperatuur en spoelfrequentie verlaagd zouden kunnen worden, wordt in de voorschriften van het Bouwbesluit (via NEN 1006) en impliciet in het Waterleidingbesluit gesteld dat het warme tapwater aan de tappunten van een collectieve leidinginstallatie een temperatuur van ten minste 60 °C moet hebben. Dit houdt in dat ongeacht de toepassing van koper/zilver ionisatie, thermisch beheer (water meer verwarmen dan voor menselijke comfort noodzakelijk is) gehandhaafd dient te worden (voor recente ontwikkelingen in de regelgeving zie hoofdstuk 5). Dit betekent relatief hoge kosten voor energie (thermisch beheer), water (spoelfrequentie) en monitoring (Legionella, koper en zilver). Omdat de monitoring wordt uitgevoerd door een gecertificeerd laboratorium zijn de kosten relatief hoog en de monitoringsfrequentie laag (maximaal 1 maal per maand). Dit betekent dat de informatie over de besmetting op een bepaald moment beperkt is, resultaten van Legionella analyses bijvoorbeeld komen pas na minimaal een week beschikbaar. Vanuit de wetgeving is de juridisch eigenaar van de desbetreffende drinkwaterinstallatie bovendien verplicht een logboek bij te houden. In dit logboek dienen alle uit te voeren en de resultaten van uitgevoerde beheerwerkzaamheden aanwezig te zijn. Hierbij zijn soms wel 10 partijen betrokken die elk hun eigen onderdeel uitvoeren. Het blijkt dat dit doorgaans redelijk ongestructureerd verloopt en dat informatie op diverse plaatsen bewaard wordt. Informatie is derhalve gefragmenteerd in het logboek aanwezig of zelfs helemaal niet voor handen.

2.3. Wensen vanuit de praktijk (t.a.v. monitoren en verlagen beheersconcept) Holland Water heeft meer dan 200 koper/zilver ionisatiesystemen geproduceerd en verkocht in Nederland, Italië en België. Klanten van Holland Water hebben aangegeven behoefte te hebben aan een verdere technische en economische optimalisatie van Legionella preventie middels koper/zilver ionisatie. Onder optimalisatie wordt verstaan een afbouw van het thermisch beheersconcept, verlaging van de spoelfrequentie en meer monitoringsgegevens tegen lagere kosten. Optimaal wil ook zeggen, een voldoende desinfecterende werking met een minimum aan energie-, water- en biocideverbruik. Daarmee wordt bovendien ook een betrouwbaarder systeem verkregen. Met de Silco sensor kunnen volautomatisch de koper- en zilverconcentraties continu gemonitord worden. De meetgegevens van de Silco sensor zijn toegankelijk via de Holland Water monitoringswebsite. Tevens kan de klant zelf koper- en zilveranalyses uitvoeren met de handheld Silco sensor op water afkomstig van willekeurige tappunten. Op basis van de Silco sensor data kan de Bifipro dosering bewaakt en bijgestuurd worden. Dit garandeert een juiste dosering van koper en zilver. Op het moment dat de Legionella bacterie effectief bestreden is met het Bifipro® systeem kan het thermisch beheer en de spoelfrequentie in principe afgebouwd worden. Holland Water heeft in

8

eerder onderzoek aangetoond dat dit kan zonder risico op terugkeer van de Legionella besmetting. Het ministerie van I&M dient hier wel mee akkoord te zijn (intussen heeft het ministerie toegezegd dit in de Regeling Legionellapreventie te regelen, zie hoofdstuk 5). Tevens kan de dosering van koper- en zilver worden verlaagd als de Legionella besmetting onder controle is. Dit resulteert in een verlaging van de milieubelasting met koper en zilver. Naast controle met de Silco sensor kan de werking van het Bifipro® systeem ook gecontroleerd worden met de biofilm aangroeisensor. Deze sensor controleert continu en volautomatisch of er sprake is van aangroei van biofilm in de leidingen. Zolang er geen sprake is van biofilmgroei is het zeer onwaarschijnlijk dat Legionella bacteriën zich kunnen vermenigvuldigen. Bij een vervuild systeem kan met behulp van koper/ zilver ionisatie de biofilm verwijderd worden, de biofilmsensor kan ook dit proces volgen in de tijd. Met name de combinatie van desinfectie, on-line monitoring en integratie van alle betrokken disciplines met bijbehorende data en acties in een intelligent logboek management systeem is nog niet eerder op deze manier toegepast.

2.4. Geïntegreerd totaalconcept De componenten van het systeem zijn onafhankelijk van elkaar ontwikkeld. De innovatie zit in het combineren van verschillende componenten tot een totaalconcept. Door het gebruik van sensoren wordt het mogelijk continu de werking van de Bifipro installatie te garanderen. Bovendien kan door de biofilm te meten in het systeem, het risico van (her)groei van Legionella beoordeeld worden. Dit betekent een aanzienlijk verbetering ten opzichte van de huidige situatie waarbij de werking van de installatie door middel van laboratorium analyses van koper en zilver enerzijds en Legionella bacteriën anderzijds moet worden gecontroleerd, dit betekent in feite een controle achteraf. Deze analyses laten enkele dagen op zich wachten, terwijl op basis van on-line gegevens een continue bewaking mogelijk wordt en kunnen waar nodig direct maatregelen worden genomen.

Figuur 2.1.: Schema van de verschillende componenten in dit project.

9

Hoofdstuk 3: Ontwikkelen en testen componenten 3.1. Silco sensor De in een eerder project ontwikkelde koper/zilver sensor, Silco sensor genaamd, bestaat uit een werkelektrode, referentie elektrode en tel-elektrode. De werkelektrode is gemaakt van borongedoopte diamant, de referentie elektrode van gesinterde zilverchloride en de tel-elektrode van roestvrijstaal of platina (foto 3.1.). De Silco sensor is gekoppeld aan een miniatuur potentiostat (foto 3.2.).

Foto 3.1. Werkelektrode (W), referentie elektrode (R).Foto 3.2. Miniatuur potentiostat. en telelektrode (T) in Silco sensor.

Met de potentiostat wordt een potentiaal aangelegd tussen de werkelektrode en de referentie elektrode. Bij een bepaalde potentiaal, die parameter specifiek is, vindt er een redox reactie plaats op het oppervlak van de werkelektrode. Bij deze reactie loopt er stroom tussen de werkelektrode en de tel-elektrode. Door het potentiaal afhankelijke stroomverloop uit te zetten in een figuur (voltammogram genoemd) kunnen de concentraties van de te meten elementen (bijvoorbeeld Cu en Ag) bepaald worden (figuur 3.1). De piekhoogte of het piekoppervlak in figuur 3.1 is een maat voor de concentratie van de betreffende parameter. Er zijn twee meetsystemen met de Silco sensor ontwikkeld: een on-line meetsysteem (foto 3.3.) en een handheld meetsysteem (foto 3.4.). In het on-line systeem worden de koper- en zilverconcentraties automatisch geanalyseerd. De Silco sensor is niet in het primaire leidingwater- of proceswatersysteem geplaatst maar in een doorstroomcel. Middels een kleppensysteem kan de doorstroomcel gevuld worden en kan het water in de cel geanalyseerd worden. De on-line sensor wordt ingezet voor het sturen en bewaken van het Bifipro-systeem.

10

Figuur 3.1. Voltammogram van analyse van koper en zilver met de Silco sensor (in-line methode).

Foto 3.3.:

Links: voorkant on-line meetsysteem (Bifipro® Cu/Ag dosering systeem). Rechts: achterkant on-line meetsysteem (doorstroomcel met daarin de Silco sensor).

Met de handheld sensor kunnen individuele monsters handmatig geanalyseerd worden. De aansturing is draadloos (via bluetooth) met een android telefoon of android tablet. De prestatiekenmerken van beide systemen zijn vastgesteld, waarbij wordt opgemerkt dat met het handheld systeem ook aangezuurde monsters gemeten kunnen worden. De handheld sensor kan worden gebruikt om verschillende tappunten in korte tijd te bemonsteren om vast te stellen of voldoende koper en zilver in het hele systeem aanwezig is. De gebruikte meettechniek (voltammetrie in combinatie met de gebruikte werkelektrode) is gevoelig voor elektromagnetische ruis. Een studente Elektrotechniek van de NHL heeft de storing van de elektromagnetische ruis op de koper/zilver metingen onderzocht en geconcludeerd dat aarding en isolatie van de verschillende onderdelen erg belangrijk is (L. Muhorakeye, 2013).

11

Foto 3.4. Handheld Silco sensor. 3.2. Software voor bewaken en aansturen Bifipro® met de Silco sensor De software voor het bewaken en aansturen van het Bifipro® koper/zilver ionisatiesysteem met behulp van de on-line Silco sensor is geschreven in de programmeertaal C. De software bevat de volgende functionaliteiten:      

Aansturen van de potentiostat voor het verrichten van een koper- en zilveranalyse met de Silco sensor. De potentiostat stuurt een file met gemeten datapunten naar de microcontroller (datapunten van de voltammogrammen). Omdat de microcontroller slechts een beperkt geheugen heeft, is een slim piekfitting programma geschreven om de piekhoogte en het piekoppervlak van de koper- en zilverpieken te bepalen (op basis van een beperkt aantal datapunten). De piekhoogte en/of het piekoppervlak wordt middels kalibratielijnen omgerekend naar koperen zilverconcentraties. De berekende koper- en zilverconcentraties worden via een UDP protocol (gezien het beperkte geheugen van de microcontroller) verzonden naar het back office monitoring systeem van Holland Water. Op basis van de ontvangen koper- en zilverconcentraties worden via triggers in de database van het back office monitoring systeem de koper- en zilverdoseringen van het Bifipro® ionisatiesysteem aangepast (via Linux-internet).

3.3. Biofilm monitor Meetprincipe Coax sensor De Coax sensor (links op foto 3.5.) bestaat uit een verticaal opgestelde met water doorstroomde resonator van circa 1 meter en een software programmeerbare stuurunit en datalogger. De resonator wordt op een functiegenerator aangesloten die radiogolven in een breed frequentiegebied door de resonator stuurt. Afhankelijk van de aangroei in de resonator treedt demping op van de radiogolven en die demping wordt gemeten als functie van de frequentie (Hoog-Antonyuk, 2012). De resonator heeft een roestvrij stalen of met een polymeer laag geïsoleerde binnengeleider. In dit project is een roestvrij stalen binnengeleider toegepast. Tussen de binnengeleider en buitengeleider bevinden zich glazen knikkers waarop de aangroei van bacteriën plaatsvindt. Indien

12

dit gebeurt veranderen de eigenschappen van het dielectricum tussen binnen en buitengeleider, waardoor een signaalverandering optreedt, die automatisch wordt geregistreerd. De meetgegevens, die bestaan uit een amplitude versus frequentie plot in het gebied van 1 MHz tot 100 MHz, worden met een resolutie van 1000 meetpunten elke 10 minuten opgeslagen in een laptop. De 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), of kan worden gebruikt in combinatie met een spectrum analyzer om deze aan te sturen en uit te lezen. Voor onderhavige applicatie is de stuurunit van de sensor gebruikt om de spectrum analyzer aan te sturen en uit te lezen en de data in de laptop op te slaan. Daarmee lijkt de sensor inzetbaar als sensor voor biofouling, corrosie en ion metingen.

Foto 3.5.: Coaxsensor zoals ingebouwd in de proef opstelling in het WAC.

De meetdata worden gepresenteerd in de aangesloten laptop met daarop door Bright Spark en Smart Frequencies ontwikkelde software. In de figuur 3.2. is een typische vorm van de grafieken (amplitude versus frequentieplot) te zien. Deze verandert door biologische aangroei in de sensor. De grafiek laat een verschuiving zien (data testopstelling). De metingen lieten direct een stabiel en consistent signaal zien en signaalveranderingen werden geobserveerd. Signaal veranderingen binnen een week wijzen op (bio)fouling. Dit betekent een snellere reactie in vergelijking tot metingen met andere systemen, welke pas na weken een verandering tonen. De combinatie van koper/zilver ionisatie in een duurproef en metingen met de sensor maken het mogelijk om na te gaan en aan te tonen of de gemeten signaalveranderingen werkelijk door biofouling veroorzaakt worden.

13

Figuur 3.2.: Detailopname van een meting. Om de signaalverandering te correleren naar kwantitatieve biofilm gegevens zijn glazen parels uit de cilinder gehaald en volgens een standaardprocedure behandeld (ATP meting / plate counting methode). Uit de eerste resultaten 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. Dit is tijdens het project verbeterd.

Doorontwikkeling Coax-sensor tbv FF3 project In eerder uitgevoerde proeven zijn reeds drie versies van het prototype van de Coax sensor ontwikkeld. Uit deze testen bleek de sensor stabiel te functioneren, events goed te detecteren, te voldoen aan de ontwerpcriteria en reproduceerbare resultaten te leveren. Om de gevoeligheid van de sensor te verbeteren is in het najaar van 2012 na veel ontwikkelwerk een versie 2b gekomen met een resonator van RVS met glazen knikkers als vulling.

Foto 3.6.: Detailopname van de binnenkant van de buis.

14

Deze versie is in het Waterapplicatiecentrum getest. De knikkers werden toegepast om meer oppervlak voor aangroei in de sensor te brengen en ook om middels monstername en analyse van knikkers een kwantitatieve relatie te kunnen leggen tussen signaalverandering en hoeveelheid aangroei (ATP per glazen knikker / plate count methode).

Figuur 3.7.a: bovenkant van de buis

Figuur 3.7.b: onderkant van de buis

3.4. Digitaal logboek Inleiding UCare4 is een online, digitaal legionella beheer logboek dat elk moment van de dag te raadplegen is. Het logboek geeft een waarschuwing wanneer iets vergeten wordt. Het wijst bovendien automatisch de taken toe aan de technische dienst, het laboratorium, de installateurs en de spoelers. Ketenintegratie, gecombineerd met het zogenaamde ‘Het Nieuwe Werken’ en ‘Paperless Office’. Een oplossing die ook met agenda’s samenwerkt, die waarschuwt als normen overschreden worden en die de voortgangsbewaking uitvoert. Een goede aanvulling op dit concept is de integratie met data gemeten door de Bifipro sensoren waardoor er voor de eindgebruiker één bron is van waaruit het logboek gegenereerd en geraadpleegd wordt. De web-applicatie van UCare4 bestaat uit 2 delen: Een cliënt gedeelte dat elke gebruiker daadwerkelijk op het scherm ziet en een server gedeelte waarop naast de database ook programmatuur staat dat bijvoorbeeld inkomende gegevens moet verwerken. Het cliënt deel is geschreven in JAVA middels EXTjs en het server gedeelte in WebHare. Op basis van onderstaand schema zijn er diverse componenten ontwikkeld om de sensor data te ontsluiten voor de eindgebruiker. In de Bifipro installatie worden sensoren aangebracht voor flow, temperatuur en koper/zilver concentratie. Deze sensoren meten data welke gekoppeld zijn c.q. worden bewaakt door het Bifipro systeem zelf. Vervolgens levert de software van de Bifipro, sensor data aan bij het digitale logboek platform UCare4. Er vindt uitsluitend uitwisseling van gegevens plaats met het UCare4 programma en het is niet zo dat UCare4 de Bifipro op een of andere manier aanstuurt. Voor deze data uitwisseling is een XML formaat gedefinieerd. Dit formaat bevat de (meet)data, en ook elementen

15

om deze data te identificeren en te beveiligen. Hiermee kunnen (meet)gegevens aan het juiste waterregistratiepunt (tappunt) en het juiste gebouw gekoppeld worden.

Figuur 3.3.: Procesdiagram.

Functionele componenten Om de online bewaking van koper/zilver-ionisatie te koppelen aan UCare4, is de UCare4-omgeving aangepast. Het is mogelijk gemaakt om informatie in te kunnen voeren zodat de beschreven processen uitgevoerd kunnen worden. De DRI (Data Receiving Interface) ontvangt de XML berichten, analyseert real-time en toetst aan beveiligings-, validiteits- en integriteitscriteria. Daarnaast zorgt dit interface voor correcte opslag en verwerking in UCare4 van de ontvangen berichten. Vervolgens wordt de afzender gecontroleerd en beoordeelt het systeem vervolgens of de inhoud voldoet aan de specificaties van vorm, versleuteling

16

en inhoud van berichten. Zodra de data door deze ‘keuring’ zijn gekomen, worden de gegevens verder verwerkt en beschikbaar gesteld voor de eindgebruiker binnen de applicatie.

Figuur 3.4.: Flowchart Data Receiving Interface en UCare4 processing.

Voortgang ontwikkeling binnen het FF3-project Bij de verdere uitwerking van de gewenste applicatie is geconstateerd dat bepaalde functionaliteiten binnen de gestelde termijnen van het project niet haalbaar bleken te zijn. Zo dient er een verdere uitwerking te komen van de valiteits- en integriteitscontroles alsmede een nadere integratie met de sensor systemen. Bovendien dient naast de basisrapportage via het logboek, een uitgebreidere rapportage module ontwikkeld te worden.

17

Binnen UCare4 is het nu mogelijk om Waterregistratiepunten te definiëren van het type ‘sensor’ waaraan vervolgens de gewenste data gekoppeld kunnen worden:    

Koper concentratie waardes Zilver concentratie waardes Temperaturen Flow

Nadat de gegevens door UCare4 zijn verwerkt worden de resultaten gepresenteerd in het digitale logboek achter het desbetreffende gedefinieerde logboekblad. Gedurende het FF3 project was het nog niet mogelijk het Ucare4 systeem te koppelen aan de proefinstallatie. Het systeem is onafhankelijk van de proeven in het WAC doorontwikkeld.

18

Hoofdstuk 4: Proefinstallatie-onderzoek WAC 4.1. Opstelling en aanpak semi-praktijkproef In het Waterapplicatiecentrum (WAC) is de demonstratie-installatie gebouwd bestaande uit het Bifipro® koper/zilver ionisatie systeem, de koper/zilver sensor (Silco) en de biofilmsensor (Coaxsensor). Dit was de eerste keer dat deze systemen aan elkaar gekoppeld zijn. In het WAC is het mogelijk om onder semi-praktijk omstandigheden de werking van een installatie te testen. Hierbij kunnen extreme situaties worden nagebootst die je liever niet hebt in een praktijkomgeving zoals een ziekenhuis. De Silco sensor wordt ingezet om het functioneren van de Bifipro te bewaken (wordt er voldoende koper en zilver gedoseerd) en waar nodig bij te sturen. In de installatie zoals die in het WAC getest is was het nog niet mogelijk om de Bifipro te corrigeren op basis van de sensordata. De benodigde software is parallel aan de proeven in het WAC ontwikkeld (zie paragraaf 3.2.) De Coax sensor wordt samen met de flow/druk en temperatuursensor ingezet met als doel om aangroei en verandering in kwaliteit te registreren in het water.

Foto 4.1.: Opstelling proefinstallatie in het WAC

Om een worst-case na te bootsen werd eerst opzettelijk het systeem vervuild. Het idee was dat doorstromen met leidingwater waarin acetaat werd gedoseerd voldoende zou zijn om biofilm groei te krijgen in het systeem. Dit bleek onvoldoende snel te gaan, mogelijk mede door het feit dat het leidingwater in het WAC niet verwaarloosbare koperconcentraties bevat (circa 0,5-1,0 mg/l). In tweede instantie zijn extra voedingsstoffen gedoseerd en is het systeem met E.coli bacteriën beënt. Bij het vervuilen van de installatie met nutriënten en bacteriën werd het water gerecirculeerd. Toen het systeem voldoende vervuild was, hetgeen vastgesteld werd op basis van koloniegetallen van de glasparels uit de Coax-sensor, is de koper/zilver ionisatie gestart om te zien of een vervuild systeem ook weer schoongemaakt kan worden. De recirculatie werd gestopt en het systeem werd

19

gevoed met proceswater. Opgemerkt dient te worden dat in de praktijk een dergelijk vervuild systeem niet zal voorkomen. We hebben dus echt een worst-case getest. Verder hebben we geen proeven gedaan met Legionella besmetting vanwege de daaraan verbonden risico’s. We hebben de aanwezigheid van biofilm als maat genomen voor het risico op vermeerdering van Legionella bacteriën. Achtereenvolgens worden in de rest van dit hoofdstuk beschreven: -

Het vervuilen en weer schoonmaken van het systeem (paragraaf 4.2.) De meetresultaten van de Silco sensor (paragraaf 4.3.) De meetresultaten van de Coax-sensor (paragraaf 4.4.)

4.2. Resultaten vervuiling en schoonmaken (met Bifipro) (lab-analyses) Op 13 februari 2013 is een voorraadvat (van 25 liter) met acetaatoplossing aangemaakt (40 mg/l acetaat). Dit water werd vervolgens door het Bifipro-systeem gerecirculeerd om biofilmgroei op te wekken. De verwachting was dat binnen enkele weken biofilmgroei te zien zou zijn. Na twee maanden (meting 4, figuur 4.1.) was het koloniegetal op parels uit de Coax-sensor slechts toegenomen tot circa 100.000 kve/ml. Er was wel sprake van groei, maar niet in de mate die verwacht was en onvoldoende voor een worst-case. Begin maart is besloten het systeem te enten met E.coli bacteriën. Om het biofilmvormingsproces te versnellen is op 18 april 2013 besloten een mengsel van schenkstroop (70% koolhydraten en 30% water) en plantenvoeding te doseren (op basis van eerdere ervaringen van Wiebe Pool, Holland Water). Dit mengsel bevat voedingsstoffen in de vorm van koolhydraten (suikers, schenkstroop), nitraat, ammonium, ureum, kalium en fosfaat (plantenvoeding). De samenstelling van de plantenvoeding was 1,75 % nitraat-N, 1,75% ammoniumN, 3,5 % ureum, 5% kalium en 3 % fosfaat-P). Het systeem reageerde hier tamelijk snel op. Op 1 mei 2013 (meting) was het aantal kolonies toegenomen tot ruim 1.000.000 kve/ml (de piek in figuur 4.1.). Daarop werd besloten op 27 mei de koper/zilver ionisatie te starten. In figuur 4.1. is duidelijk te zien dat de koloniegetallen in een periode van een aantal weken sterk afnemen. Het laagst gemetenkoloniegetal is 1000 kve/ml (meting 12). Hierna is een toename gemeten. Vermoedelijk werd dit veroorzaakt door herbesmetting van het systeem via het proceswater en resten biofilm die nog in de installatie zijn achtergebleven. Desalniettemin achten we met dit experiment voldoende aangetoond dat de Bifipro in staat is een vervuild systeem, dat in de praktijk aanzienlijk minder vervuild zal zijn dan het hier geteste systeem, weer schoon te krijgen. De resultaten van de aan het systeem gekoppelde sensoren worden hieronder beschreven. Het koloniegetal is verkregen door 1 glasparel in 3 ml fysiologisch zoutoplossing te brengen vervolgens is 1 ml uitgeplaat conform NEN-EN-ISO 6222. Dit is in drievoud uitgevoerd voor een betrouwbaar resultaat.

20

Biofouling 1200000 1000000 KVE/ml

800000 600000 400000

Reeks1

200000 0

Meting

Figuur 4.1.: Verloop van koloniegetallen op glasparels uit de Coax-sensor.

4.3. Resultaten silco sensor Onder semi-praktijk omstandigheden in het Holland Water laboratorium en het Waterapplicatiecentrum (WAC) zijn de prestatiekenmerken van zowel de handheld als de on-line Silco sensor vastgesteld. Onder de prestatiekenmerken worden de aantoonbaarheidsgrens, de lineariteit, de gevoeligheid, de nauwkeurigheid en de vergelijkbaarheid met andere analyses (met gecertificeerde technieken) verstaan. In het WAC is de Silco sensor tevens getest tijdens de uitvoering van de biofilmproef (zie paragraaf 4.2.). 4.3.1. Prestatiekenmerken De prestatiekenmerken van de Silco sensor, zoals vastgesteld onder semi-praktijk omstandigheden, zijn samengevat in Tabel 1. Voor een uitvoerige beschrijving van de prestatiekenmerken van de Silco sensor wordt verwezen naar Geoconnect (2013). Met het Bifipro systeem wordt 400±100 µg/l Cu en 40±10 µg/l Ag aan leidingwater gedoseerd. In Tabel 4.1. is te zien dat het lineaire meetbereik van zowel de handheld als de on-line sensor breed genoeg is om te controleren of de dosering van Cu en Ag met het Bifipro systeem in orde is. De gemeten Ag concentraties kunnen worden getoetst aan de WHO norm voor Ag (100 µg/l) in drinkwater. Voor Cu dient nog vastgesteld te worden of de lineariteit voldoende is om de gemeten Cu concentraties te kunnen toetsen aan de drinkwaternorm voor Cu (2000 µg/l). De exacte aantoonbaarheidsgrens van de on-line Silco sensor is nog niet vastgesteld. Dit komt omdat het gebruikte leidingwater 17 µg/l Cu bevat en minimaal 10 µg/l Ag gedoseerd is aan het leidingwater. Bij deze Cu en Ag concentraties zijn nog duidelijke pieken waarneembaar in het voltammogram. Kortom, de aantoonbaarheidsgrenzen voor Cu en Ag zijn respectievelijk < 17 µg/l Cu en <10 µg/l Ag.

21

Tabel 4.1.: Prestatiekenmerken Silco sensor. Methoden /

Cu

Ag

prestatiekenmerken Methode

Aantoonbaarheidsgrens (g/l) Lineariteit

Handheld

On-line

Handheld

On-line

Silco sensor

Silco sensor

Silco sensor

Silco sensor

20

<17

2

<10

(>2) 20 - 2000

(nA/g/l)

Nauwkeurigheid

2 - >80

> 1400

(g/l) Gevoeligheid

<17 –

(>1)

0,03

0,053

<10 – >140

0,086

0,068

(niet T (T gecompenseerd) gecompenseerd) 96-108

99-108

87 – 113

80-120

(rel. %)

(bij 330-750 g/l)

(bij 490-1560 g/l)

(bij 37 -52 g/l)

(bij 40 g/l)

Precisie

3

4

6

5

(rel. %)

(bij 700 g/l)

(bij 17-1400 g/l)

(bij 50 g/l)

(bij 10140 g/l)

0,99

0,99

0,97

0,99

R2

De relatieve nauwkeurigheid van de Silco sensor is gebaseerd op leidingwatermonsters die zowel zijn geanalyseerd met de Silco sensor als door een geaccrediteerd laboratorium. De relatieve nauwkeurigheid van de Cu analyses met de Silco sensor varieert tussen 96 en 108% en van Ag tussen 80 en 120% (Tabel 4.1.) . De precisie van de Silco sensor is gebaseerd op basis van herhaalde metingen (duplobepalingen) van leidingwatermonsters waaraan koper en zilver is gedoseerd. De relatieve precisie voor Cu is 3-4% en voor Ag 5-6% (Tabel 4.1).

22

4.3.2. Metingen met de Silco sensor tijdens de Biofilmproef Van 27 mei (start koper-zilver ionisatie) tot en met 25 juni 2013 (einde biofilmpoef) zijn de koper- en zilverconcentraties in het proceswater van de biofilmproef geanalyseerd met de Silco sensor. Deze resultaten zijn weergegeven in figuur 4.2. Het tweede deel van de biofilm-proef waarbij de biofilm werd afgebroken, bestaat uit 3 tijdsperiodes: 1. Van 27 mei (start koper-zilver ionisatie) tot 17 juni 2013: Recirculatie van proceswater met veel bacteriegroei (263×106 kve/ml) waaraan periodiek (rode lijnen geven de tijdstippen van Cu/Ag dosering weer) Cu en Ag is gedoseerd met het Bifipro® systeem. 2. Van 17 juni tot 24 juni 2013: Doorspoeling van het systeem met proceswater zonder dosering van Cu en Ag. 3. Van 24 juni tot 19 juli? 2013: Doorspoeling van het systeem met proceswater met dosering van Cu en Ag met het Bifipro® systeem.

In de eerste periode is 6 maal Cu en Ag aan het recirculatie systeem gedoseerd. Zonder Cu dosering bevat het proceswater al circa 400 tot 800 g/l Cu. Omdat er sprake was van extreme bacteriegroei (koloniegetal van 263×106 kve/ml) was besloten om circa 1000 g/l Cu te doseren. In figuur 4.2. is te zien dat de koper- en zilverconcentraties na iedere Bifipro dosering toenemen. Na de dosering nemen de koper- en zilverconcentraties geleidelijk af. Dit komt hoogstwaarschijnlijk doordat de vrije koper- en zilverionen zich binden aan de bacteriën (organisch materiaal). Met de Silco sensor kan alleen actief koper en zilver gemeten worden (vrij in oplossing) en geen aan bacteriën gebonden koper en zilver. In de eerste periode is het koloniegetal sterk afgenomen, van 263×106 kve/ml op 31 mei naar 0,6×106 kve/ml op 7 juni. De koper- en zilverconcentraties gemeten met de Silco sensor komen redelijk tot goed overeen met de concentraties gemeten door het WAC laboratorium (rode stippen). In de tweede periode is het recirculatie systeem aangepast naar een doorstroomcel en is een week lang doorgespoeld met proceswater waaraan geen koper- en zilver is gedoseerd. Met de Silco sensor is toch koper gedetecteerd (figuur 4.2.). Het proceswater bevat circa 400-500 g/l koper (vermoedelijk afkomstig van de koperen waterleidingen). In de derde periode is koper- en zilver gedoseerd aan het doorstoomsysteem. De met de Silco sensor gemeten koper- en zilverconcentraties komen goed overeen met de waarden van het WAC laboratorium. Er is slechts relatief kort met de Silco sensor gemeten door aanhoudende computerproblemen (laptop) met de meetopstelling. Deze problemen zijn ten tijde van dit schrijven (september 2013) opgelost. Er wordt geen gebruik meer gemaakt van een laptop (crasht door diverse automatische software updates), maar van een microcontroller.

23

Figuur 4.2. Koper- en zilverconcentraties gemeten met de on-line Silco sensor gedurende de biofilmproef.

24

4.4. Resultaten biofilmsensor De metingen met de Coax-sensor zijn ook in een aantal periodes te verdelen: 1. Januari 2013: aantonen dat de sensor (beginnende) biofilmvorming kan aantonen 2. Februari 2013: metingen tijdens doseren van acetaat. 3. Maart 2013: metingen na enten met bacteriën. 4. Mei 2013: metingen tijdens afbraak van de biofilm

Januari 2013: aantonen detectie biofilm door Coax sensor De metingen in de periode 03-01 t/m 17-01 (zie figuur 4.3.) kunnen als volgt samengevat worden:  Er is in deze periode gemeten in het gebied van 1 MHz tot 100 MHz met een resolutie van 1000 metingen / scan.  De Coaxsensor is de hele periode in bedrijf geweest (continu en automatisch na installatie in afsluitbare kast) en heeft zonder storingen gefunctioneerd.  De coaxsensor bleek in staat ook een beginnende biofilmvorming te kunnen detecteren. De verschuiving van het signaal naar lagere amplitudes bij de resonantie frequenties (de minima in de amplitude versus frequentieplot) wijst op het optreden van biofouling. Echter, er zijn in januari nog te weinig aanvullende gegevens om een éénduidige conclusie te trekken.

0,00E+000 -1,10E+001

5,00E+007

1,00E+008

1,50E+008

Amplitude [dBm]

-1,30E+001

-1,50E+001 03-01-2013 06-01-2013

-1,70E+001

09-01-2013 12-01-2013 15-01-2012

-1,90E+001

17-01-2012

-2,10E+001

-2,30E+001

-2,50E+001

Frequency [Hz]

Figuur 4.3.: Interpretatie data Coax-sensor 03-01-2013 t/m 17-01-2013

Februari 2013: metingen Coax-sensor na doseren acetaat. De resultaten in de periode 13-02 t/m 22-02 (zie figuur 4.4.) kunnen als volgt samengevat worden:  Er is in deze periode gemeten in het gebied van 1 MHz tot 100 MHz met een resolutie van 1000 metingen / scan.

25

 Ruim een week na het starten van de acetaat dosering (op 13-02 is in het water 40 mg/l natrium acetaat toegevoegd) wordt een significante toename van de biofilm gedetecteerd.  In het FF3 project zijn eerdere bevindingen wat betreft de relatie tussen biofilm vorming en signaalverandering bevestigd (het signaal in de minima schuift omlaag bij biofouling). Uit eerder onderzoek (voorafgaand aan het FF3 project) bleek reeds de relatie tussen biofouling enerzijds en signaalverandering in de amplitude versus frequentieplot anderzijds. Kort gezegd is onder verschillende omstandigheden gevonden dat de kwaliteitsfactor van de resonator toeneemt wanneer biofouling optreedt. Dit is dan zichtbaar door diepere minima in de amplitude versus frequentieplot. In deze fase van het project blijkt het nog moeilijk om onomstotelijk te bewijzen dat de signaalverandering daadwerkelijk door een biofilm wordt veroorzaakt. Reden hiervoor is dat de analyse van de biofilm destructief is en analyses bewerkelijk zijn. Kwantitatieve analyse van de relatie tussen signaal en biofilm wordt verder bemoeilijkt door mogelijke niet homogene biofouling in het bed van glasparels in de sensor.

-1,00E+001 0,00E+000

2,00E+007

4,00E+007

6,00E+007

8,00E+007

1,00E+008

1,20E+008

-1,10E+001

Relative amplitude [-]

-1,20E+001 -1,30E+001 14-02-2013 Time: 08:33

-1,40E+001

15-02-2013 Time: 20:30 16-02-2013 Time: 17:32

-1,50E+001

17-02-2013 Time:23:06 19-02-2013 Time: 10:38 21-02-2013 Tome: 03:16

-1,60E+001

22-02-2013 Time: 04:26

-1,70E+001 -1,80E+001 -1,90E+001 -2,00E+001

Frequency [Hz]

Figuur 4.4.: Interpretatie data Coax-sensor 13-02-2013 t/m 22-02-2013

Maart: metingen na enten van het systeem met E.coli bacteriën De resultaten uit de periode 08-03 t/m 11-03 (zie foto 4.2.) kunnen als volgt samengevat worden:  



Visueel is aangroei nu ook onomstotelijk bewezen. Tijdens het proevenprogramma werd waargenomen dat de verbinding van de coaxkabels met de resonator robuuster moet worden gemaakt. Op basis van de duurproeven en een waargenomen effect van het verplaatsen van de installatie op het signaal, is een herontwerp van de onderkant van de resonator gemaakt. Tijdens het proevenprogramma werd waargenomen dat enkele keren een stoorsignaal waarneembaar was (las werkzaamheden?, pomp met groot vermogen in- en uitschakelen dicht in de buurt van de sensor). Dit stoorsignaal had via de rand-aarde invloed op het signaal dat door de coaxsensor werd geregistreerd. Dit type storing deed zich enkele keren voor en is acceptabel aangezien aan de signaalverandering duidelijk te zien is dat deze niets van doen heeft met biofilmvorming of verandering van de waterkwaliteit. Deze resultaten hebben tot het inzicht geleid dat softwarematig kan worden voorkomen dat bij dergelijke verstoringen een vals alarm wordt voorkomen en dat het wenselijk is een dergelijk algoritme te ontwikkelen.

26

Foto 4.2.a: sample 08-03-2013 circulatiewater Foto 4.2.b: samples 11-03- 2013 van glas parels

Mei: metingen tijdens afbraak van de biofilm met behulp van koper-zilver ionisatie De resultaten uit de periode 26-5 t/m 07-06 kunnen als volgt samengevat worden:  Er is in deze periode gemeten in het gebied van 1 MHz tot 80 MHz, met een resolutie van 1000 metingen / scan.  Op 27-05-2013 om 13:00 uur is het doseren van koper en zilver ionen gestart.  Signaal verschuift na 27 mei omhoog, dit geeft aan dat de biofilm verdwijnt.  Note: de data van 28 en 29 mei zie je niet omdat deze nog onder de lijn van 27 mei ligt.  Vanaf 29 mei gaat de lijn significant omhoog.  Een belangrijk aanvullend resultaat, dat in deze periode in het FF3 project is verkregen, is dat de afbraak van de biofilm door dosering van zeer lage hoeveelheden koper- en zilverionen met de Coax-sensor gemeten kan worden. Deze dosering was zo laag dat deze nauwelijks invloed had op het signaal van de coaxsensor en naarmate de afbraak van de biofilm vorderde werd door de coaxsensor een signaalverandering in tegenovergestelde richting geconstateerd (omhoog) ten opzichte van signaalverandering bij biofouling (omlaag). Dit is een bevestiging van de werking van de sensor die op een andere wijze niet eenvoudig is te realiseren.

Eindconclusie resultaten Coaxsensor Uit de experimenten volgt dat aangroei op de Coax sensor tot signaalverandering leidt. De Coax sensor moet gecombineerd worden met een flow/druk/temperatuur en geleidbaarheidssensor om de optredende signaalveranderingen te kunnen corrigeren voor fluctuaties in met name geleidbaarheid en temperatuur. De Coaxsensor kan ingezet worden in combinatie met koper en zilver ionisatie om te controleren of het leidingnet bij aanvang schoon wordt (bij de start van toepassing van koper/zilver ionisatie kan er een biofilm aanwezig zijn) en dat na enige tijd het systeem (nagenoeg) geen biofilm meer bevat. Vervolgens kan de sensor bewaken of het systeem schoon blijft. Bij een eventuele nieuwe biofilmvorming reageert het systeem binnen enkele dagen en kunnen passende maatregelen genomen worden voordat een risico op onverantwoorde vermeerdering van Legionella bacteriën optreedt.

27

Voor een snelle en betrouwbare detectie van de biofilmvorming dient de gevoeligheid van de coaxsensor nog verder te worden vergroot. Voor een kwantitatieve interpretatie van de dikte van de biofilm of het aantal aanwezige bacteriën op basis van het sensor-signaal is aanvullend (validatie)onderzoek nodig. -8,00E+000

relative amplitude [-]

-8,50E+000

26-05-2013 12:58 27-05-2013 11:15 27-05-2013 12:09 28-05-2013 11:10 29-05-2013 8:51 30-05-2013 09:43 05-06-2013 14:45 07-06-2013 08:38 07-06-2013 19:15 07-06-2013 23:01

-9,00E+000

-9,50E+000

-1,00E+001

-1,05E+001

-1,10E+001 0,00E+000

2,00E+007

4,00E+007

6,00E+007

8,00E+007

1,00E+008

Frequency [Hz]

Figuur 4.5.: Interpretatie data Coax-sensor 26-05-2013 t/m 07-06 -2013

4.5. Conclusie biofilmproef Het is gebleken dat met koper/zilver ionisatie ook een extreem vervuild systeem schoon kan worden gemaakt. We bedoelen hiermee dat een aanwezige biofilm kan worden afgebroken. Hiermee wordt het risico tot vermeerdering van Legionella bacteriën in het systeem aanzienlijk verlaagd. Tevens is aangetoond dat met de on-line Silco sensor het Bifipro-systeem bewaakt en gestuurd kan worden en dat met de hand-held Silco sensor koper en zilver concentraties aan willekeurige tappunten gemeten kunnen worden om te controleren of overal in het systeem voldoende zilver en koper aanwezig is. Met de Coax-sensor kan kwalitatief de toename of afname van biofilmgroei worden gemeten en kan op termijn een goede aanvulling zijn op het Legionella preventie-systeem.

28

Hoofdstuk 5 : Verlagen thermisch beheerconcept 5.1. Verlagen thermisch beheersconcept: technisch mogelijk en verantwoord Ter preventie en bestrijding van Legionella bacteriën worden diverse methoden gebruikt. De wet (Drinkwaterbesluit, Staatsblad 293, 2011 en de Regeling Legionella preventie, Staatsblad 313, 2011) gaat uit van de basis dat thermisch beheer voldoende moet zijn om de drinkwaterinstallatie vrij te houden van een ongewenste vermeerdering van Legionella -bacteriën. Het koude water koud en het warme water warm en 1 keer in de week de tappunten spoelen die niet gebruikt of niet voldoende gebruikt worden. Bij de prioritaire locaties, genoemd in artikel 35 van het Drinkwaterbesluit, worden daarbij aanvullende eisen gesteld in de vorm van een risico-analyse, beheersplan, logboek en monstername. Deze activiteiten dienen uitgevoerd te worden door een BRL 6010 gecertificeerd bedrijf. Mocht thermisch beheer niet het gewenste resultaat hebben, dan kan men ook gebruik maken van een fysische techniek (denk hierbij aan: ultrafiltratie, microfiltratie, UV, pasteurisatie etc.). Deze technieken zijn gelijkgesteld aan thermisch beheer en mogen dan ook, zonder toestemming, gebruikt worden ter preventie van legionella. Verder is het zo dat de overheid in oktober 2008 een brief heeft opgesteld, waarin een aantal vrijstellingen worden genoemd voor fysische technieken. Zo mag onder meer de temperatuur van 60oc naar 50oc verlaagd worden en de spoelfrequentie van 1x per week mag worden losgelaten. Wanneer thermisch- en fysisch beheer toch niet tot het gewenste resultaat leiden en er, ondanks alle mogelijke technische- en beheersmaatregelen, toch sprake blijft van herhaalde overschrijdingen van de norm voor Legionella bacteriën in drinkwater, dan mag worden overgegaan tot het gebruik van electro-chemische technieken. Hierbij gaat het dan om koper/zilver-ionisatie en anodische oxidatie. De plaatsing van deze techniek op een locatie moet worden gemeld aan het Ministerie I&M met een meldingenformulier en aan de eisen zoals hierboven beschreven moet worden voldaan en in de risico-analyse dient een onderbouwing te worden opgenomen waaruit blijkt waarom in dit geval wordt overgegaan tot het gebruik van een electro-chemische techniek. Vervolgens dient het beheer ook te worden aangepast aan het gebruik van deze techniek. In de RIVM rapportage 703719078/2012 wordt geconcludeerd dat koper/zilver-ionisatie de meest effectieve manier van legionellabestrijding en – preventie is en thermische beheer het minst effectief. Bij electro-chemische technieken zijn er echter geen vrijstellingen gegeven voor het verlagen van temperatuur en spoelfrequentie.

5.2. Beperkingen in regelgeving Daarom is reeds in juli 2012 een proef afgerond waarbij door Holland Water is laten zien op locatie dat verlaging van de temperatuur nog steeds tot een adequaat resultaat leidt als het gaat om legionellabestrijding. Tevens zijn er ook geen afwijkende waarden van koper, zilver, nikkel of koloniegetal 22C ontstaan. Op een andere locatie is de spoelfrequentie verlaagd met dezelfde goede resultaten.

29

Naar aanleiding van die proeven heeft het Ministerie I&M aan de Inspectie (IL&T) een brief toegezegd dat zij een aantal zaken in wet- en regelgeving gaan aanpassen. Dit zou onder meer zijn dat wanneer een proef is gedaan met het betreffende apparaat van een leverancier, waaruit blijkt dat verlaging van temperatuur, dan wel verlaging van spoelfrequentie, geen problemen oplevert, dit ook daadwerkelijk op locaties mag worden uitgevoerd. Iedere leverancier zou dan voor zijn apparaat moeten laten zien, door middel van een proef of hun systeem dan ook voldoet aan de eisen. Hoe dit traject verder verloopt is niet bekend. Intussen is deze brief verschenen (zie paragraaf 5.4.)

5.3. Green Deal Friese Waterketen Green Deals zijn afspraken met de overheid die obstakels voor groene groei wegnemen voor bedrijven, burgers en maatschappelijke organisaties. Dat kan bijvoorbeeld door eenvoudiger vergunningen te verlenen, afzetmarkten voor nieuwe technologieën te ondersteunen en de toegang tot de kapitaalmarkt te verbeteren. In het kader van dit Fryslân Fernijt III Project is een Green Deal aanvraag gedaan in het kader van verlaging beheersregime drinkwaterinstallaties in relatie tot het gebruik van electro-chemische apparatuur. (aanvraag d.d. 21/6/13) De aanpassing van de Regeling Legionellapreventie zal leiden tot een aanzienlijke besparing van water en energie (duurzaam en financieel), omdat het in de regel gaat om grote, complexe drinkwaterinstallaties. Doel van deze Green deal aanvraag is om vaart te maken in de procedure. Zowel de aanpassing van de wet- en regelgeving als de communicatie naar de markt waarin duidelijkheid wordt verschaft over de voorgenomen wijzigingen door het Ministerie I&M en de aanpak van IL&T op het gebied van de handhaving.

5.4. Brief van de Minister Inmiddels heeft het Ministerie I&M op 4 september jl. een brief verzonden waarin een aantal juridische knelpunten rondom alternatieve technieken worden verduidelijkt. Hierin is ook opgenomen dat voor electro-chemische technieken de mogelijkheid kan worden benut om de temperatuur en/of de spoelfrequentie te verlagen. De temperatuur kan volgens de brief verlaagd worden tot 500C, wanneer de betreffende leverancier via een pilot aantoont, dat het betreffende apparaat dan nog steeds kan zorgen voor een goede legionellapreventie. Tevens kan de spoelfrequentie op locatie worden verlaagd, wanneer dit ook via een pilot aantoonbaar succesvol kan worden toegepast. De combinatie van beide (verlaging temperatuur en verlaging spoelfrequentie behoort ook, na een succesvolle pilot, tot de mogelijkheden. Holland Water heeft inmiddels een verklaring ontvangen van het Ministerie van I&M, dat zij de temperatuur, dan wel de spoelfrequentie mogen verlagen. Een pilot waarbij beide gecombineerd worden is inmiddels door Holland Water in gang gezet.

30

Hoofdstuk 6 Toepassing geïntegreerd systeem in de praktijk 6.1. Ervaringen elders

6.2. Toepassing Silco sensor in combinatie met koper zilver ionisatie in de praktijk De Silco sensor is uitvoerig getest en gevalideerd onder semi-praktijk omstandigheden in het WAC en het Holland Water laboratorium (Geoconnect, 2013). De sensor kan nu getest worden onder volledige praktijkomstandigheden. In augustus 2013 is een on-line Silco sensor geïnstalleerd in het Sheraton Amsterdam Airport Hotel (foto 6.1. en 6.2.). Deze sensor zal permanent (zolang het Bifipro® systeem operationeel is) de koper- en zilverconcentraties in het leidingwater op deze locatie monitoren. De met de Silco sensor gemeten koper- en zilverconcentraties zullen periodiek gevalideerd worden met laboratorium analyses uitgevoerd in een geaccrediteerd laboratorium. Deze meetgegevens zullen gebruikt worden om de prestatiekenmerken van de Silco sensor bij te werken.

Foto 6.1..: Bifipro® systeem en on-line Silco sensor op Foto 6.2..: Idem. praktijklocatie Sheraton Amsterdam.

De meetgegevens van de Silco sensor worden automatisch naar het back office monitoring systeem van Holland Water gestuurd. Indien er sprake is van over- of onderdosering van koper en/of zilver zal er een alarm worden gegenereerd. In eerste instantie zullen de alarmen handmatig worden gecontroleerd. Als na (een nader vast te stellen) proefperiode blijkt dat de Silco sensor goed functioneert, zal de dosering van het Bifipro® systeem direct (bij)gestuurd worden op basis van de meetresultaten van de Silco sensor.

6.3. Toepassing Coax sensor in de praktijk Het ontwikkelingstraject en de tests met de Coax-sensor geven een duidelijke indicatie dat de Coaxsensor inzetbaar is voor de detectie en die dankzij het FF3 project nu in verschillende ontwikkelingsstadia bevinden. Als (Bio)fouling/aangroei sensor is het concept bewezen en

31

gepatenteerd. Gevoeligheid kan nog verbeterd worden. De relatie tussen het signaal en de absolute getallen (kwantificering) 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.

6.4. Praktijkonderzoek bij een prioritaire instelling Het is tijdens het FF3 project niet gelukt om het geïntegreerde concept bij een prioritaire instelling te testen, dit was wel gepland. De partners hebben de hele projectperiode nodig gehad om de individuele componenten verder te ontwikkelen en te testen. De proeven met de proefinstallatie in het Waterapplicatiecentrum zijn ook pas in juli 2013 afgerond. Zorg Partners Friesland (ZPF, voorheen Zorggroep Noorder Breedte) was dan ook van mening dat het nog te vroeg was om met behulp van het totaalconcept het thermisch beheersconcept te verlagen. Zij hebben bij aanvang van het project aangegeven door middel van het verlagen van het thermisch beheersconcept op water en energie te willen besparen. Een volgende stap zou een praktijkproef bij een ZPF (Zorg Partners Friesland) locatie kunnen zijn, waarbij na stabiel functioneren van het systeem het thermisch beheersconcept in stappen wordt verlaagd. Gedurende dit proces worden frequent Legionella monsters genomen in aanvulling op de on-line monitoring. Een dergelijke praktijkproef biedt tevens de mogelijkheid om als eerste de gecombineerde verlaging van temperatuur en spoelfrequentie te demonstreren. Een dergelijke proef is extra relevant omdat op 4 september de Minister toegezegd heeft de toestemming om het thermisch beheersconcept bij gebruik van koper-zilver ionisatie te verlagen, wettelijk te regelen (zie hoofdstuk 5). De partners binnen het FF3 project hebben toegezegd aan een dergelijke proef mee te willen werken en indien nodig op zoek te gaan naar aanvullende financiering. De partners hopen dit spoedig na afloop van dit project met de watercommissie van ZPF te kunnen bespreken. Dit zal verdere introductie van het ontwikkelde Legionella preventiesysteem aanzienlijk versnellen.

6.5. Benodigde ontwikkelingen Op een aantal punten kan het systeem nog verder worden ontwikkeld. Hieronder staan op basis van het onderzoek nog een aantal dingen die verder dienen worden getest en/of ontwikkeld:

Testen sturen Bifipro op basis van Silco data Tijdens het FF3 project is voldoende aangetoond dat de Silco sensor in staat is het functioneren van de Bifipro voldoende betrouwbaar te monitoren. De sturing (correctie) van de Bifipro op basis van Silco data is nog onvoldoende getest. Verder behoeft de stabiliteit van het signaal nog enige aandacht. Het meten van stroomsterkte op het niveau van nano-ampères stelt bijzondere eisen aan de (aarding) van elektrische installaties. Zonder deze voorzieningen kunnen lekstromen al gauw in de

32

zelfde orde van grootte als het meetsignaal optreden. Verder moet nog ervaring opgedaan worden met de communicatie tussen het Bifipro systeem en het UCare4 dataplatform.

Ontwikkeling biofilm sensor De Coax-sensor kan nog verder ontwikkeld worden om een kwantitatieve maat te kunnen geven voor de biofilm groei. Enerzijds moet een éénduidige parameter ontwikkeld worden die bepaald kan worden uit het meetsignaal (nu een amplitude vs frequentiediagram). Vervolgens moet deze parameter gerelateerd worden aan een microbiologische grootheid die een biofilm karakteriseert. De firma Bright Spark is voornemens deze ontwikkeling voort te zetten in samenwerking met het bedrijf Smart Frequencies. Een en ander is mede onderdeel van PhD onderzoek van Wetsus, gesteund door de genoemde bedrijven. De relatie tussen het signaal van de Coax-sensor en een biofilmparameter moet nog wetenschappelijk bewezen worden. Op basis van de resultaten is besloten om hiertoe een versie 3 te ontwikkelen, die in juni/juli 2013 wordt getest. Verder wordt gewerkt aan het down-sizen van het systeem. Volgens de ontwikkelaars kan het systeem veel compacter (en goedkoper?) worden gebouwd. Door deze ontwikkeling komt grootschalige marktintroductie snel dichterbij.

Verdere ontwikkeling Ucare 4 platform UCare4 dient doorontwikkeld te worden om de in dit project geconstateerde tekortkomingen cq problemen te verhelpen om zo de gehele applicatie bedrijfszekerder te maken. Momenteel zijn er gesprekken gaande om een financiering te verkrijgen die ervoor zorgen dat er minimaal 2 manjaren geïnvesteerd kunnen worden in de doorontwikkeling van de applicatie. Hiervoor zal Xigna de nodige vervolginvesteringen gaan plegen in de zin van ontwikkelomgevingen en mancapaciteit. Hierbij zal aansluiting gezocht worden met scholen en universiteiten maar ook zal er geïnvesteerd worden in marketing. Dit laatste om de huidige versie van UCare4 in beperkte vorm in de markt te zetten om op die wijze omzet te genereren voor de verdere doorontwikkeling en verfijning. Op basis van de huidige functionaliteit is de UCare4 applicatie bruikbaar voor een groot aantal instellingen die werken aan legionella preventie en logboek beheer. Te denken valt hierbij aan:    

Ziekenhuizen Zorginstellingen Woningcorporaties Hotels

33

Ontwikkeling implementatie bij een prioritaire instelling Voortbordurend op de kwaliteitszorg die opgenomen wordt in het Ucare4 platform geven prioritaire instellingen (zoals ZPF) aan implementatie van Legionella preventiesystemen steeds meer te zien in het kader van de GMP-Z. Deze Good Management Practice voor de Zorg is primair ontwikkeld voor de bereiding van geneesmiddelen. ZPF is van mening dat aanvoer van betrouwbaar drinkwater veel raakvlakken heeft met de GMP-Z. In de GMP-Z worden onder andere richtlijnen gegeven voor geautomatiseerde systemen ten aanzien van de betrouwbaarheid en transparantie van de gegenereerde data. De partners in het FF3 project treden graag met ZPF in overleg om het totaalconcept voor Legionella preventie via UCare4 optimaal aan te laten sluiten bij de kwaliteitszorg van prioritaire instellingen.

34

Hoofdstuk 7: Marktpotentieel 7.1. Aanvulling op of vervanging van bestaande installaties in prioritaire instellingen Een gevalideerde Silco sensor zal een aanzienlijke besparing op gaan leveren omdat de frequentie van het verplicht monsternemen drastisch gereduceerd kan worden en het proces veel efficiënter zal verlopen (veel minder transportbewegingen van potjes water). Per locatie zal gemiddeld op dit specifieke onderdeel een bedrag van circa € 5.000 te besparen zijn. Nationaal en uitgaande van 1000 prioritaire locaties en 5000 koeltorens betekent dit een besparingspotentieel van € 30 miljoen. De marktpositie van Holland Water in ogenschouw nemend is een marktaandeel van 40% in de prioritaire instellingen en 5% in koeltorens realistisch, zijnde 750 systemen x € 5.000 = € 3.750.000 als concreet besparingspotentieel op monstername- en analysekosten. Een koper-zilverionisatie systeem zoals de Bifipro, volledig KIWA gecertificeerd en voorlopig als enige systeem geaccordeerd door het Ministerie I&M om verantwoord het temperatuurregime of het spoelregime te verminderen, levert daarnaast een significant besparingspotentieel op het gebied van water- of energieverbruik. Uitgaande van 1000 prioritaire instellingen zal er sprake zijn van een besparing van gemiddeld € 10.000 per jaar. Zodra temperatuur en spoelregime in combinatie verlaag mogen worden (Holland Water heeft deze pilot nu in gang gezet), zal de besparing snel (minimaal) € 15.000 per jaar bedragen. Op nationaal niveau is er sprake van een besparingspotentieel van € 10-15 miljoen. Vanuit Holland Water perspectief met een marktaandeel van 40% een besparing van € 4-6 miljoen. De Silco sensor, al dan niet in combinatie met de biofilmaangroeisensor, zorgt in ieder geval voor een betere en continue bewaking van de gedoseerde koper en zilver ionconcentraties. De besparing op het verbruik van koper en zilver is minimaal vanwege de van origine al zeer lage dosering, echter het draagt zeker bij milieuverantwoord ondernemen. De grootste winst van de continue monitoring is de eerder genoemde besparing op water- en energieverbruik. In eerste instantie is de doelgroep prioritaire instellingen (ziekenhuizen, zorginstellingen, hotels, gevangenissen, etc.) en koeltorens in Nederland. Naar schatting is dit concept op zo’n 1000 prioritaire instellingen en 5000 koeltorens in Nederland toepasbaar. Daarnaast is het concept breed inzetbaar om ook waterinstallaties van andere instellingen in het buitenland (zoals sportcomplexen en appartementengebouwen) microbiologisch veilig te houden. De recente brief van de Minister I&M impliceert bovendien dat per 1 juli 2014 niet gecertificeerde systemen van prioritaire instellingen moeten worden verwijderd. Dit biedt marktkansen voor Holland Water en haar partners. De doelgroepen van de sensoren zijn echter veel breder dan de primaire instellingen. Een belangrijke doelgroep van de aangroei sensor zijn drinkwaterbedrijven die inzicht willen hebben in de aangroeisnelheid in hun distributie leidingen (zie hoofdstuk 7.2). Een belangrijke doelgroep van de koper/zilver sensor is de watermarkt als geheel (zie hoofdstuk 7.2).

35

Holland Watertechnology en Geoconnect zijn voornemens het concept met bijbehorende technologie onder de naam ‘Holland Sensortechnology BV (HST)’ te vermarkten via hun vestiging in Drachten. De hieraan gekoppelde werkgelegenheid zal dan ook in Drachten ontstaan. Holland Water is voornemens om voor het eind van 2013 een specialist op dit gebied in dienst te nemen die enerzijds verder invulling zal geven aan het Business Plan en anderzijds de initiator zal zijn van vervolgontwikkelingen op sensorgebied. Het verdienmodel van Holland Water en GeoConnect (sensordeel is HST) zal bestaan uit het produceren en verkopen van koper/zilver ionisatiesystemen en koper/zilver sensoren. De (toekomstige) klanten van HST kunnen ook een data-abonnement afsluiten per sensor waarbij de sensordata naar een dataserver van HST worden gestuurd en HST de data-interpretatie verzorgt. Met de verkoop van sensoren gekoppeld aan data-abonnementen kan het bedrijf en de omzet explosief groeien. Behalve koper/zilver sensoren zal de sensor ook gebruikt worden voor andere parameters (bredere markt). Met de sensor kan namelijk een breed scala aan parameters relatief goedkoop en frequent gemonitord worden. Met name van agrarische toepassingen heeft HST hoge verwachtingen (NO3 en O2). In (betaalde) opdracht van haar klanten, zal HST ook nieuwe parameterspecifieke sensoren en toepassingen ontwikkelen. Tevens kan en zal HST ook adviesdiensten (bijvoorbeeld ontwerpen en inrichten monitoringsnetwerken) verlenen.

7.2. Bredere toepassingsmogelijkheden Met de Silco sensor is het ook mogelijk om andere parameters te analyseren. Op basis van een literatuurstudie is een inventarisatie gemaakt van parameters die (in potentie) ook met de Silco sensor geanalyseerd kunnen worden. Een aantal van deze parameters zijn al met de Silco sensor geanalyseerd. In tabel7.1. zijn de potentiële parameters weergegeven. Tevens zijn enkele prestatiemerken weergegeven en is de markrelevantie aangegeven. Drie producten zijn onderscheiden in tabel 7.1.: 1. 2. 3.

Handheld Silco sensor On-line Silco sensor Bodem doordringende Silco sensor

De handheld en on-line Silco sensor zijn reeds (als prototype) beschikbaar voor de analyse van Cu en Ag concentraties in drink- en proceswater. Met deze producten kunnen ook, na aanpassing van de meetmethode, de parameters genoemd in tabel 7.1. gemeten worden. Het derde product is de bodem doordringende Silco sensor. Dit product is in ontwikkeling.

In tabel 7.1. is te zien dat de potentiële markt groot is en alle watertypen omvat. Één van de meest veelbelovende toepassingen is monitoring in het kader van de Kaderrichtlijn Water (KRW). Monitoring van een aantal parameters is verplicht binnen KRW (o.a. zuurstof en nitraat).

36

Globaal zal er sprake zijn van een minimale afzet (op langere termijn, 2-10 jaar)v an 15.000 Silco sensoren tegen een gemiddelde prijs van € 1.500 = € 22.500.000

37

Tabel 7.1. Productmarkt combinaties Silco sensor voor overige toepassingsmogelijkheden

Parameter

Produkt/markt

Drinkwater

Proceswater

Grondwater

Oppervlakte water

Bodemvocht

Zeewater

Prestatie kenmerken

Marktomvang

Ozon

Silco sensor

+

+

-

-

-

-

5-200 g/l

In NL min. 400 stuks

On-line en handheld

(o.a. Legionella)

(o.a. koeltorens)

+

+

(o.a. Legionella)

(o.a. koeltorens)

+

+

(o.a. Legionella)

(o.a. koeltorens)

+

+

Chloor

Waterstofperoxide

Zuurstof

€ 1.500/stuk

-

-

-

-

0.02-20 mg/l

In NL 10.000 stuks € 1.500/stuk

-

-

-

-

?

In NL 1.000 stuks € 1.500/stuk

+

+

-

+

0.02-20 mg/l

Kaderrichtlijn water Diver markt >1000 stuks/j in NL € 1.500/stuk

Zware metalen (Zn, Pb, Cd, Cr en As)

+-

+-

+

+

-

+-

Parameter afhankelijk 1-1000 g/l

Kader richtlijn water Milieukundig onderzoek (saneringen)

38

Mangaan

-

+

+

+

-

?

10-2000 g/l

Mn in filters en zinkindustrie

Kwik

-

+

-

-

-

-

10-300 g/l

Olie/gaswinning

Ammonium/nitraat

-

-

+

+

-

-

?

Glastuinbouw / agrarische sector

-

-

+

-

+

-

Zie boven

Archeologie

Redox parameters (zuurstof, nitraat, sulfaat, Mn)

Silco sensor Bodem doordringend

Landbouw Bodem saneringen

39

Bright Spark wil de nieuwe aangroeisensor graag verkopen aan de diverse drinkwater productie bedrijven, waar deze nu helemaal geen of weinig zicht hebben op de aangroeipotentie van drinkwater en met de nieuwe sensor daar veel inzicht in krijgen, zie ook het eindrapport van het SAWA project (M. Buitenkamp, 2013). Bestaande alternatieven hebben veelal als nadeel de bewerkelijke monstername en analyses als mede een lange responstijd, waardoor de sensor niet kosten efficiënt is. Met de Coax-sensor is het voor drinkwaterproductie bedrijven mogelijk om in hun distributieleidingen vervuilde stukken eenvoudiger en sneller op te sporen. Hier is reeds bij waterleidingbedrijf Vitens ervaring mee opgedaan. De sensor kan aansluitend worden geoptimaliseerd en in productie worden genomen. Voor bedrijven kan dit een doorbraak zijn in het snel detecteren van biofilmvorming. Als dit doorgetrokken kan worden naar individuele analyse van de bacteriën en zelfs daarna naar chemische stoffen wordt er voor de markt een zeer interessant product ontwikkeld.

Het verdienmodel van Bright Spark zal bestaan uit het produceren en verkopen van de doorontwikkelde en gedemonstreerde sensoren. Tevens zal Bright Spark in (betaalde) opdracht van haar klanten, nieuwe parameterspecifieke sensoren en toepassingen ontwikkelen.

40

Hoofdstuk 8: Conclusies en aanbevelingen Conclusies op basis van de resultaten van het FF3 project -

-

-

-

-

Het Bifipro-systeem in combinatie met de Silco sensor heeft zich bewezen als een betrouwbare koper/zilverionisatie systeem, dat rijp is om de markt gebracht te worden als aanvulling op het bestaande Bifipro systeem. Een directe effect meting zoals de biofilm monitor is veelbelovend, maar nog niet rijp voor marktintroductie. On–line Legionella metingen zijn op korte termijn nog niet te verwachten. De in dit project toegepaste Silco- en Coax- sensor hebben beide nog een groot potentieel aan toepassingen. Hiervoor is nog wel aanvullende productontwikkeling en applicatieonderzoek nodig. Onduidelijkheid in wettelijke regelgeving maakt het voor MKB-ers moeilijk om te investeren in nieuwe technologie. Niet duidelijk is of ze door extra investeringen een concurrentievoordeel behalen t.o.v. concurrenten die bijvoorbeeld niet kunnen voldoen aan de wettelijke eisen. Gelukkig lijkt hier op korte termijn duidelijkheid over te komen. Samenwerken tussen verschillende technologieleveranciers, kennisinstellingen en eindgebruikers blijft een belangrijke aandachtspunt bij het verkorten van de time to market (versnellen van de innovatie). Partijen zoals het CEW kunnen hier een faciliterende rol spelen. Technische faciliteiten (zoals het Waterapplicatiecentrum) helpen om in een ‘veilige’ omgeving systemen te ontwikkelen en te testen. Regionale subsidiefondsen zoals het Fryslan Fernijt III programma geven een financiële prikkel voor ondernemers om het risico te nemen in onzekere tijden.

Aanbevelingen voor verder onderzoek en ontwikkeling Benodigde (door)ontwikkeling van de Coax sensor De Coax-sensor moet nog verder verbeterd worden. Het gaat om een hogere gevoeligheid, correctie van signaal voor temperatuur en veranderingen in geleidbaarheid en flow, doorlopen van de procedures voor CE normering, toevoegen meetprotocol om onderscheid tussen bacterie op de parel en bacterie in het water te kunnen maken.

Verdere ontwikkeling van het Ucare4 platform Het Ucare4 platform dient verder ontwikkeld te worden om de data afkomstig van sensoren op te slaan, te valideren en te verwerken tot informatie voor de eindgebruiker. Dit proces moet transparant en controleerbaar zijn. Tevens moet het Ucare4 platform gekoppeld kunnen worden aan het kwaliteitszorgsysteem van de eindgebruiker.

41

Praktijkproef In een praktijkproef bij een prioritaire instelling moet aangetoond worden dat het systeem niet alleen technisch, werkt maar ook aansluit op het zorgsysteem van de instelling (zoals GMP-Z). Bovendien moeten betrouwbare rapportages gemaakt kunnen worden voor de inspectie I&M. Tot slot kan met behulp van het ontwikkelde totaalconcept op een verantwoorde manier het thermisch concept in stappen worden verlaagd. Dit geldt zowel voor de temperatuur van het warme water als voor de spoelfrequentie van tappunten. Pas dan wordt duidelijk of en in hoeverre water en energie bespaard kunnen worden en of de (extra) investeringen terugverdiend worden.

Volgen regelgeving Ondanks het feit dat de Minister toegezegd heeft de mogelijkheid om het thermisch concept te verlagen, wettelijk te regelen, is het toch verstandig om de invulling van de Regeling Legionella preventie nauwgezet te volgen. Met name ten aanzien van randvoorwaarden (zoals benodigd onderzoek en certificatie) kunnen individuele bedrijven het verschil maken.

Evaluatie, lessons learned Uit het project is gebleken dat de Coax-sensor nog niet voldoende ontwikkeld is voor toepassing in de praktijk van prioritaire instellingen. Dit resultaat in combinatie met de noodzaak van duurtests, die gepaard gaan met allerlei praktische voorvallen als stroomuitval, condensvorming, uitvallen internetverbindingen, heeft tot het inzicht geleid dat het ontwikkelen en valideren van een complexe sensor als een aangroeisensor een traject van 3 tot 5 jaar is. Geoconnect kan dit onderschrijven omdat de Silco sensor al verder ontwikkeld was voordat het toegepast werd in combinatie met de Bifipro. Op zich is het normaal dat innovaties niet parallel lopen. Het FF3 project is nu typisch een voorbeeld van een innovatie waarbij verschillende technologieën die zich in een verschillend stadium van ontwikkeling bevinden. Time to market kan desondanks toch aanzienlijk versneld worden doordat duidelijk wordt wat in een versie 1.0 al verantwoord op de markt gebracht kan worden en wat nog verder doorontwikkeld moet worden en pas geïmplementeerd kan worden in een versie 2.0. Doordat de sensoren zelf nog in ontwikkeling zijn is het ook lastig om de data software eromheen te schrijven. Ook dit kost meer tijd en geld dan in eerste instantie gedacht. Toch geldt ook hier dat time to market versneld kan worden door de software leverancier meteen bij de ontwikkeling te betrekken. Naast de uitdaging van de samenwerking tussen verschillende technologie- en software leveranciers is ook maar weer eens gebleken dat contact met een eindgebruiker als launching customer bijzonder lastig is als je nog niet weet aan welke specificaties het product kan voldoen.

42

Referenties Buitenkamp, M. (red) (2013). Eindrapport Project SAWA (Sensors And Water), WLN, 33p. CDCP (2012). http://www.cdc.gov/legionella/patient_facts.htm (Augustus 2013). GeoConnect (2013). FF3: On-line bewaking van Legionella preventiesystemen. Validatie van de Silco sensor onder semi-praktijk condities. GeoConnect rapport GC 02-2013, Castricum, The Netherlands. Hoog-Antonyuk, N.A. ,Olthuis, W.,Mayer,M.J.J. Miedema,F.,Leferink,F.B.J. and A. van den Berg, Extensive Modeling of a Coaxial Stub Resonator for Online Fingerprinting of Fluids, Procedia Engineering (2012) pp. 310-313, doi: 10.1016/j.proeng.2012.09.145.

Hoog,N.A. and M.J.J. Mayer, Werkwijze en inrichting voor ingerprinting of het behandelen van een dielectricum in het algemeen en van water in het bijzonder, NL1038869, 16 August 2012.Hoog-Antonyuk, N.A., Olthuis, W., Mayer, M.J.J., Yntema, D., Miedema, H. and A. van den Berg (2012). On-line fingerprinting of fluids using coaxial stub resonator technology. Sensors and Actuators B: Chemical, 163 (1), 90-96. KIWA (2006). Evaluatie van praktijktesten met alternatieve technieken voor legionellapreventie. Koper / zilver-ionisatie, anodische oxidatie (waaronder elektrodiafragmalyse), pasteurisatie en ultrafiltratie. KWR 05.066. Nieuwegein, Nederland Lin Y.S.E., Vidic R.D., Stout J.E., Yu V.L. (1996). Individual and combined effects of copper and silver ions on inactivation of Legionella Pneumophila. Water Res. 30, 1905-1913. Lin YE, Stout JE, Yu VL (2011). Controlling Legionella in hospital drinking water : An evidence-based review of disinfection methods. Infect. Control Hosp. Epidemiol., 32, 166-173. Lin Y.E., Stout J.E., Yu V.L. (2011). Controlling Legionella in hospital drinking water : An evidencebased review of disinfection methods. Infect. Control. Hosp. Epidemiol. 32, 166-173. Liu Z., Stout J.E., Tedesco L., Boldin M., Hwang C., Diven W.F. and Yu V.L. (1994). Controlled evaluation of copper-silver ionization in eradicating Legionella pneumophilia from a hospital water distribution system. J. Infect. Dis. 169, 919-922. Liu Z., Stout J.E., Boldin M., Rugh J., Diven W.F., Yu V.L. (1998). Intermittent use of copper-silver ionization for Legionella control in water distribution systemsL a potential option in buildings housing individuals at low risk of infection. Clin. Infect. Dis. 26, 138-140. Mayer, M.J.J.,and N. A. Hoog, RF antenna filter as a sensor for measuring a fluid, WO Patent 005084, 13 January 2011. Miller J.C., Miller J.N. (1993). Statistics for analytical chemistry. Ellis Horwood series in analytical chemistry. Muhorakeye, L. (2013). Onderzoek naar de oorzaak van storing bij voltammetrie toegepast op drinkwater. Afstudeerverslag Elektrotechniek, NHL. RIVM (2012). Schalk J.A.C., Bartels A.A., De Roda Husman A.M. Effectiviteit van beheerstechnieken

43

voor Legionella in drinkwaterinstallaties. RIVM rapport 703719078, Bilthoven, Nederland. Rohr U., Senger M., Selenka F. (1996). Effects of silver and copper ions on the survival of Legionella Pneumophila in tap water (in German). Zentralbl. Hyg. Umweltmed. 198, 514-521. Staatscourant (293, 2011). Waterleidingbesluit. Staatscourant (313,2011) Regeling Legionella Preventie

44

Bijlage A: Brief van het Ministerie I&M, kenmerk I&M/BSK-2013/96407.

45