Door Matthias Vanheerentals

Nieuwe pilootinstallatie simuleert drinkwaternetwerk

In het Centre for Advanced Process Technology for Urban REsource recovery (CAPTURE) is een pilootinstallatie gebouwd om het drinkwaternetwerk te simuleren. De installatie is een Europese primeur. Er zullen allerlei experimenten gebeuren op onder meer de geur en smaak van drinkwater. Zo zal er onder meer onderzocht worden wat het effect van temperatuursverandering op het drinkwaternetwerk zal zijn.

Twee jaar terug heeft de UGent samen met de drinkwatermaatschappijen en koepelorganisatie AquaFlanders een onderzoeksproject ingediend bij het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek dat een antwoord moet geven op fundamentele vragen waarvoor de drinkwatersector staat. Het project, genaamd Biostable kreeg binnen het CAPTURE gebouw de nodige faciliteiten, ruimte en plaats om de nieuwe pilootinstallatie te bouwen die een drinkwaternetwerk moet simuleren. “Daar gaan proeven gebeuren om te kijken of de kwaliteit van drinkwater kan veranderen door bijvoorbeeld milieueffecten”, zegt professor Nico Boon van het Centrum voor microbiële ecologie en technologie. “Dan denken we aan de klimaatsverandering met een temperatuursverhoging tot gevolg. We kunnen de effecten op het drinkwaternetwerk hebben op een reproduceerbare manier gaan simuleren. We kunnen bestuderen wat de effecten gaan op de kwaliteit van het drinkwater zijn als er voor de productie van drinkwater geen chloor meer wordt gebruikt. Als de kwaliteit van het oppervlaktewater verandert, komen er misschien andere organische componenten in het netwerk: wat gaat dat voor effect hebben? Ons project is er vooral om er voor te zorgen dat de kwaliteit van het drinkwater in de toekomst goed blijft.” Volgens Jan Arends, programma manager water bij CAPTURE, is er nood aan dit project. “We willen de kennis uit het veld met fundamentele kennis onderbouwen. Deze proefinstallatie moet ons voorbereiden op wat gaat komen. Wat gaat er over 5 à 10 jaar gebeuren als we met droge zomers zitten? We willen voorkomen door nu actie te ondernemen. Er zijn grote uitdagingen op het vlak van klimaatsverandering, temperatuurstijgingen, wisselende bronnen en minder waterbeschikbaarheid op locaties. Het zijn uitdagingen voor alle drinkwatermaatschappijen. Er is de laatste jaren een groot besef gekomen in het veld dat men het niet meer alleen kan. Door het bundelen van krachten kunnen we iets betekenen voor heel Vlaanderen.”

Transport van water

Bart De Gusseme, deeltijds professor aan het Centrum voor Microbiële Ecologie en Technologie, eveneens senior waterexpert bij Farys, ziet het grootste risico niet bij de productie maar bij het transport van water. “We hebben dat geleerd uit gesprekken met de verschillende waterbedrijven van AquaFlanders die het project ook echt gesteund hebben. Het is als het water getransporteerd wordt, verdeeld wordt en in het net verblijft, dat er plots op sommige stukken van het net problemen kunnen ontstaan op het vlak van geur, smaak, kleur. Soms is er zelf sprake van microbiële hergroei. Dat hoeft niet altijd gezondheidsproblemen te veroorzaken. In het distributienetwerk is het altijd lastig de oorzaken te vinden. Vanwaar komen die problemen? Welke chemische stoffen veroorzaken een reactie in transport? Welke besmettingen duiken erop? Wat triggert de hergroei van de microbiologie? Om dat te gaan nabootsen, gaan we doelbewust besmettingen veroorzaken in onze piloot installatie. Dat kunnen we niet op het echte net doen. De pilootinstallatie is opgebouwd uit drie circuits van 100 meter PVC-U leiding. Deze worden ook gebruikt voor de aanleg van distributienetwerken, geplaatst volgens hydrocheck van Belgaqua. Hierdoor worden onze experimenten zeer realistisch en kunnen we kijken hoe een biofilm zich in de leidingen vormt en welke interactie dat met drinkwater geeft.”

Onderzoeksgroepen

In het project zijn veel onderzoeksgroepen betrokken.- “We hebben een onderzoeksgroep die zich op de chemie gaat focussen”, zegt Boon. “Drinkwater heeft soms problemen met geur en smaakproblemen. Dat zijn chemische componenten die van chemische en microbiële oorsprong kunnen zijn. We hebben een tweede groep die gaat kijken welke organische componenten aanwezig zijn in het water. Dat is natuurlijk het voedsel van de bacteriën die de stoffen kunnen omzetten in ongewenste geuren en smaken. We hebben ook een microbiologisch luik om te zien welke goede of slechte bacteriën daar beginnen groeien. Het vierde luik gaat over nieuwe detectiemethodes om die bacteriën te gaan bestuderen. In het laatste deel gaan we alles modelleren. In een academische setting gaan we zaken laten variëren en gaan we zien wat het effect daarvan is op al die verschillende aspecten.”

De UGent zal zeer veel onderzoeken doen. “In het eerste project gaan we kijken naar de organische koolstof die nog aanwezig is in het drinkwater”, zegt Bart De Gusseme. “We onderzoeken welke fractie nu de belangrijkste is om hergroei te veroorzaken van microbiologie. De fracties kunnen de precursoren zijn van verdere chemische interacties en de vorming van geur en smaakstoffen die soms een slechte geur aan drinkwater geven. Als we weten wat er aanwezig is en welke de belangrijke fracties zijn, dan kunnen we daar belangrijke zaken uit leren om stroomopwaarts in de productie selectief op te gaan werken. Het tweede werkpakket werkt daar ruimer en eerder chemisch op verder. We werken op de analyse en de technieken. De detectielimieten zijn zeer laag. We willen weten welke stoffen nu een slechte geur en smaak veroorzaken. Als we in kaart kunnen brengen welke stoffen nu echt problematisch zijn, wat hun oorsprong is, hoe ze gevormd worden, chemisch of microbiologisch, dan kunnen we daar ook selectief gaan op werken.”

Hergroei bacteriën

Werkpakket drie doet onderzoek naar microbiologische hergroei. “In de installatie gaan kleine coupons geplaatst worden, zodanig dat we kunnen opvolgen hoe de biofilm groeit in dat leidingnetwerk”, zegt De Gusseme. “Biofilmtesten zijn dikwijls moeilijk. Hier gaan we dat effectief proberen op de leidingmaterialen die gebruikt worden. De binnenwand wordt egaal gehouden, zodat we daar de biofilm kunnen laten groeien. We gaan die dan microscopisch analyseren. We kunnen alle bacteriën tellen en in kaart brengen. We gaan dat ook online opvolgen. Als we een circuit afsluiten kunnen we ook modellen voor pathogenen of ziekteverwerkers gaan toevoegen in dat 1000 liter vat en laten circuleren over dat betreffende circuit. Dat kan je nooit in de praktijk doen. Maar hier kunnen we dat testen. We kunnen zien hoe de pathogenen of ziekteverwerkers zich verder nestelen en verspreiden in het drinkwater.” De installatie is gekoppeld aan lokale drinkwaternet dat binnen de distributiezone van Farys ligt. De drie circuits worden gevoed vanuit een 1000 liter vat. Er kan dus ook water van andere drinkwatermaatschappijen of via andere productiemethoden gevoed worden.

Genetisch materiaal.

In werkpakket vier gaan de onderzoekers nog een stap verder. “Dan willen we met moleculaire screening, het genetisch materiaal met de nieuwste technieken gaan onderzoeken”, zegt Nico Boon. “Dat is de vraag hoe we de slechte bacteriën gaan opsporen. Op dit moment gaan de drinkwatermaatschappijen die proberen kweken, zoals de regelgeving dat voorschrijft. Meer dan 99 procent van de bacteriën kunnen we gewoon niet kweken. Dat wil zeggen dat we maar naar een kleine fractie aan het kijken zijn. Vandaar dat we naar andere technieken moeten gaan die heel het microbioom in kaart laten brengen. Pas als je weet welke bacteriën allemaal aanwezig zijn, dan pas kan je begrijpen welke invloed ze gaan hebben op de kwaliteit. We gaan naar technieken op zoek gaan waar we de kweek niet meer nodig hebben.” In werfpakket 5 zal er gemodelleerd worden wat er op de piloot hydraulisch gebeurt. “En hoe dat dat verbrand houdt met verblijftijden, de hergroei van bacteriën en de invloed van temperaturen en de stromingsprofielen in de leidingen”, zegt De Gusseme. “Evengoed kunnen we dat vertalen op netwerkniveau. Waterbedrijven hebben hun netwerk ook digitaal in kaart gebracht, met de leidingdiameters en lengtes. We kunnen kijken hoe bepaalde mengingen en verblijftijden van drinkwater eigenlijk de kwaliteit kunnen beïnvloeden of waar dat de risico’s zijn op netwerkniveau. Om ze eigenlijk op voorhand te voorkomen. We gaan het model het valideren met resultaten uit de piloot en het veld om die achteraf proactief te gaan gebruiken.”

Sensoren

De piloot is uitgerust met allerlei sensoren die onder meer druk, pH en temperatuur kunnen meten. “Het is uniek dat we de temperatuur kunnen controleren”, zegt Bart De Gusseme. “We kunnen de temperatuur van het net aanhouden en stabiel houden om de testen te doen. Dat is representatief voor het net. Maar ook met het oog op de toekomst. We verwachten dat de temperatuur van drinkwater, dat geproduceerd is uit oppervlaktewater, gaat stijgen. Maar ook in de bodem kunnen we een invloed zien van een paar graden. En dat kunnen we hier dus simuleren op deze installatie. Het is heel belangrijk om die temperatuur stabiel te houden om daar dan de juiste conclusies uit te trekken.” De installatie heeft nog meer unieke eigenschappen. “We hebben gedacht aan de toekomst door extra staalnamepunten te voorzien om tijdens het onderzoek allerlei extra sensoren te plaatsen of extra stalen te kunnen nemen”, zegt Jan Arends. “We kunnen er ook een stuk uitnemen. We kunnen een gebruikte leiding van het waternetwerk in onze installatie plaatsen en er testen op doen. We hebben drie circuits, waardoor we één kunnen gebruiken als controle/basis, en de twee andere om experimenten uit te kunnen voeren. Bijvoorbeeld eentje met normale materialen en één uit het veld en dan kunnen we vergelijkingen maken naar materiaalkwaliteit, duurzaamheid, .. en daar echt dingen over gaan leren. Netten worden onderhouden en vervangen, dit gaat in de toekomst nog meer gebeuren. Als je verschillende materialen op elkaar aansluit: wat geven die aansluitingen? Heeft dat bepaalde effecten? Kunnen we daar iets van leren? Kunnen we daar nog een preventieve actie op ondernemen? Nu gebeurt dat vanuit het veld gebaseerd op historische kennis. Die wetenschappelijke fundamenten zijn er niet altijd omdat je die studies niet in het veld kan uitvoeren met de technieken die we nu hebben. We proberen daar nu echt die wetenschappelijke basis onder te leggen. De installatie is niet af en gaat nooit af zijn. Iedere keer als er een nieuwe onderzoeksvraag komt, is er de mogelijkheid om aanpassingen te doen.” De testinstallatie werd gebouwd door Innovation Engineering & Construction NV uit Riemst. Er werd sensortechnologie van onder meer Endress+Hauser gebruikt.

www.ugent.be

Jan Arends, programma manager water bij CAPTURE:

“We willen de kennis uit het veld met fundamentele kennis onderbouwen.”

Bart De Gusseme, professor UGent.

“Het is uniek dat we de temperatuur kunnen controleren”

Professor Nico Boon.

“Drinkwater heeft soms problemen met geur en smaak.”