KNW Neerslag 5-2012

Neerslag

Themanummer: Besturing en procesauomatisering in de waterketen #5 | 2012 Neerslag_Pom1_nr5_2012_fc.indd 1

Neerslag #5|2012 30-08-12 12:01

neerslag Tijdschrift voor de regionale secties van Waternetwerk

www.neerslag-magazine.nl Raad van Advies en Redactie

Kopij en sectienieuws zenden aan:

T. Dekker (voorzitter) mw. A. de Boer (secretaris) K. Sinnema (vice-voorzitter) R. Arninkhof A.G.N. van Bentem J.C. Blaauw H. Dekker H.G. Letteboer P.P. van der Pijl mw. M.E.P. Verhoeven mw. M.J.L. van de Vondervoort

Koninklijk Nederlands Waternetwerk t.a.v. redactie Neerslag Binckhorstlaan 36-M417, 2516 BE Den Haag info@neerslag-magazine.nl

Abonnementenadministratie

Advertentie-exploitatie (tevens druk) Elma Multimedia B.V. Postbus 18, 1720 AA Broek op Langedijk Telefoon (0226) 33 16 00 Fax (0226) 33 16 01 E-mail: info@elma.nl Internet: www.elma.nl Informatie over tarieven, afsluitdata e.d.: Dhr. P. van den Ancker

ISSN 1382-2586 47e jaargang, nr. 5, september 2012

Koninklijk Nederlands Waternetwerk Binckhorstlaan 36-M417 2516 BE Den Haag Telefoon (070) 322 27 65

Verschijnt eens per twee maanden in een oplage van 2000 ex. Auteursrechten voorbehouden

In dit nummer: Voorwoord – André van Bentem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Energiezuinige beluchterregelingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Het Euregio-project Fuzzy Afvalwaterketen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 CarCON op Soest: de ervaringen van een procesbeheerder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Vergelijkend onderzoek ionselectieve meters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Een optimale influentregeling voor riool en rwzi in Harderwijk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Slibretourregeling met behulp van slibspiegelmeting; de praktijk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Centrale regie bij Vallei en Veluwe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Masterclass PID tunen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 ‘Het blijft mensenwerk’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Verbeteren van sliblogistiek en -transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Samen krijgen we grip op waterstromen! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Succesvolle voorspellende regeling voor drinkwatersystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Slimmer sturen verbetert waterkwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Van verborgen data naar gedeelde informatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Stuwsoftware met afvoerremmende werking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 KN-weetjes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6664_V00_colofon.indd 1

30-08-12 12:10

Voorwoord De huidige maatschappelijke trend dwingt publieke organen transparant te opereren en steeds meer hun kosteneffectiviteit te verhogen. Dit wordt nog eens versterkt door de financiĂŤle crisis, die ook aan de watersector niet ongemerkt voorbijgaat. Door deze druk op de kosten, wordt het meer en meer belangrijk om inzicht te krijgen in de factoren die invloed hebben op de kosten en baten van het exploiteren van de gemalen, zuiveringen, pompstations en dergelijke. Procesinformatie en procesbesturing zijn cruciale instrumenten in het bereiken van meer inzicht in deze kosten en baten en daarmee in het verbeteren van de kosteneffectiviteit. Bij de waterschappen speelt daarbij ook de meerjarenafspraak om in de komende 15 jaar 30% energie te besparen. Betere monitoring en sturing van de processen kan ook hieraan een belangrijke bijdrage leveren.

U begrijpt het al, het themanummer van 2012 staat in het teken van de besturing en procesautomatisering in de waterketen. In dit nummer is een doorsnede gepresenteerd van actuele projecten en ontwikkelingen uit de verschillende watersectoren. Dit varieert van intelligente beluchter-, drinkwater-, en stuwregelingen tot het slimmer sturen van het gehele afvalwatersysteem. Het was voor mij, als nieuw redactielid, een mooi thema om mee aan de slag te gaan. Ook in mijn dagelijks werk is dit een onderwerp, waar ik me veel mee bezig hou. Door mijn achtergrond als afvalwatertechnoloog is het aandeel van rwzi-gerelateerde artikelen mogelijk wel wat groot, maar ik hoop dat u desondanks een goed beeld krijgt van de ontwikkelingen binnen de hele waterketen.

Ik wens u veel leesplezier toe.

AndrĂŠ van Bentem, Royal HaskoningDHV Lid van de redactie van Neerslag

Neerslag 2012/V

6664_V01_art247_voorwoord.indd 1

1

30-08-12 12:10

M e t d e ze r i j k d o m s p e l e n w e g e e n s p e l l e t j e s. . .

Landustrie Sneek BV heeft sinds 1913 ervaring met watertechnologie en kent de waardevolle betekenis hiervan als geen ander. Met ca. 150 werknemers is Landustrie een bolwerk van ervaring, dat in eigen beheer complete installaties ontwerpt, levert en installeert voor de afvalwatermarkt.

Een bedrijf dat wereldwijd haar specifieke producten, zoals vijzels, beluchters, roosterreinigers, pompinstallaties, polder- en rioolgemalen op de markt zet.

Watertechnologie

1_1_stC5_fc_i.indd 1

Landustrie Sneek BV Postbus 199 8600 AD Sneek Nederland Tel. 0515 - 48 68 88 Fax 0515 - 41 23 98 e-mail info@landustrie.nl website www.landustrie.nl

29-08-12 15:54

1000-21-1000-5941 KNW-Neerslag 5-2012 Kleur: FullColor

Energiezuinige beluchterregelingen DE VRAAG Vanuit de Energiefabriek, een samenwerkingsverband van Nederlandse waterschappen, is gevraagd hoe een energiezuinige beluchterregeling er uit ziet. De achterliggende gedachte is dat de beluchting de bulk (50-60%) van de energie verbruikt op een rwzi. En in geval van energiebesparing (MJA3!) is het logisch om naar de grootste verbruikerspost te kijken. Een optimale beluchtingsregeling laat de verschillende zuiveringsprocessen zoveel mogelijk ongehinderd plaatsvinden.

Teveel beluchten remt denitrificatie, te weinig belemmert de nitrificatie en biologische fosfaatopname. Teveel schakelen tussen compartimenten (beluchting aan/ beluchting uit) hindert alle biologische processen. Bij overgangen tussen beluchte en niet-beluchte fasen activeren en deactiveren enzymsystemen en dat kost tijd (dus zuiveringscapaciteit en effluentkwaliteit).

Op basis van de vraag naar de energiezuinige beluchterregeling is een enquête onder alle waterschappen uitgevoerd, met het doel de eigenschappen van een energiezuinige beluchterregeling te achterhalen. De onderzoeksvragen van de Energiefabriek zijn ondergebracht bij Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA). Het onderzoek zelf is in 2011 uitgevoerd door DHV en HDSR. Hierbij is gebruikgemaakt van de expertise van de Begeleidingscommissie van het STOWA-onderzoek naar energiezuinige retourslibregelingen.

In feite is de vraag het vervolg op een in 2009 verschenen STOWA-rapport [referentie 1] waarin onderzoek naar de meest energiezuinige rwzi’s in Nederland is weergegeven. Voor conclusies met betrekking tot de meest energiezuinige rwzi (zeg: de hardware) wordt verwezen naar dit rapport. Onderzoek naar de meest energiezuinige beluchterregeling (de software) is vrij lastig omdat naast de regeling, veel factoren van invloed zijn op het beluchtingverbruik van een beluchtingsinstallatie: type beluchting, wel/geen voorbezinking, drogestofgehalte, tankdiepte, belastinggraad om er maar een paar te noemen. Het is niet snel mogelijk om energiewinst toe te schrijven aan bijvoorbeeld de beluchterregeling. Ook de effluentkwaliteit speelt een rol: een laag energieverbruik kan het gevolg zijn van een goede beluchtingsregeling, maar ook van een belabberde effluentkwaliteit.

HET ANTWOORD Aan technologen van ieder waterschap is onder andere de vraag voorgelegd ‘Wat is de top 3 van rwzi’s met de meest energiezuinige beluchterregelingen.

Omschrijf deze en verklaar u nader.’ Alle waterschappen reageerden. Er ontstond een lijst met 48 rwzi’s. Hiervan was tweederde uitgerust met bellenbeluchting.

Neerslag 2012/V

6664_V02_art249_fc.indd 3

3

30-08-12 12:10

De Master-Slave-regeling op basis van zuurstof (Slave) en ammonium (Master, zie afbeelding) werd het vaakst toegepast op deze rwzi’s. Op enkele rwzi’s werd ook nitraat en soms fosfaat opgenomen in de regeling. De aanwezigheid van on-line sensoren werd als belangrijkste reden genoemd voor energiebesparing.

Meer inzicht in de zuurstofvraag maakt minimale beluchting mogelijk en helpt overbeluchting te voorkomen. Drie waterschappen konden de gerealiseerde energiebesparing na introductie van een nieuwe beluchterregeling kwantificeren.

De energiebesparing lag tussen de 5 en 10%. Gehanteerde ammoniumsetpoints bleken tussen de 0,5 en 2,0 mg N-NH4/l te liggen. Opvallend was wel dat energiebesparing meestal geen rol speelt bij de keuze van het setpoint. De regelingen zijn vrijwel altijd ingesteld om een zo goed mogelijke stikstofverwijdering mogelijk te maken. Daarnaast werden processtabiliteit, exploitatiekosten en lichtslibbeheersing (Microthrix parvicella) als doelen van een regeling genoemd.

In enkele gevallen werd aangegeven dat ook de lozingsheffing een rol speelt.

In deze gevallen is dus een kostenafweging gemaakt tussen extra beluchten, een lage ammoniumconcentratie in het effluent (en dus een lage restheffing) versus minder beluchten en een hogere heffing accepteren. Over het algemeen is de heffing maatgevend. Een hogere heffing is snel duurder dan de te besparen beluchtingenergie.

NH4-setpoint

-

PI-regelaar

+

O2-setpoint

+ -

AMMONIUM NH4-meting

PI-regelaar

u

ZUURSTOF O2-meting

Afbeelding:Tabel, grafiek en PI(D) als mastercomponenten van een Master-Slave-regelaar Tijdens de enquête kwam een aantal, regeltechnisch interessante aspecten aan het licht (voor afkortingen zie afkortingenlijst aan het eind van het artikel): – een beperkt aantal waterschappen regelt direct op ammonium en hanteert het zuurstofsignaal nog slechts als bewaker voor over- of onderbeluchting (WSNZ, WSDL, HDSR); – er worden op kleine schaal intelligente regelingen toegepast als fuzzy-logiccontrol (WSRD, HDSR, WSNZ), model-based-control (WN, WSAM) en neurale netwerken (WN);

4

Neerslag 2012/V

6664_V02_art249_fc.indd 4

30-08-12 12:10

– op één rwzi maakt de beluchterregeling gebruik van een historisch voorspeld aanvoerpatroon (DWA-voorspelling) (WSVE); – bij de waterschappen WSHD en WSSS wordt veel gebruikgemaakt van intermitterende regelingen, waarbij nitrificatie en denitrificatie in de tijd worden gescheiden op basis van redox (WSHD) of ammonium/nitraat (WSSS); – bij twee waterschappen wordt het zuurstofsetpoint mede bepaald door de temperatuur van het actief slib (WSSS en WSRW).

Het lijkt er ook op dat steeds meer gebruikgemaakt wordt van het signaal van de inkomende ammoniumvracht als feedforward component in de Master-Slave-regeling. Op basis hiervan kan sneller een extra beluchtingcompartiment worden bij- of afgeschakeld.

MASTER-SLAVE-REGELING

P-actie: de proportionele actie zorgt voor een verandering van de uitsturing, die evenredig is met het verschil tussen de meetwaarde en het setpoint. Een volledig proportionele regeling (P-regeling) bereikt nooit het setpoint, maar zal altijd een bepaalde afwijking handhaven.

I-actie: de integrerende term zorgt voor een constante sommatie van de fout (het verschil tussen meetwaarde en setpoint) en reageert sterker naarmate de fout langer duurt. In een PI-regelaar versnelt de I-actie de beweging van het proces in de richting van het setpoint en elimineert de afwijking die de P-regelaar heeft. Hoe hoger de I-waarde wordt gekozen, des te langzamer wordt de regeling.

D-actie: de D-actie reageert op de snelheid van de verandering van de fout. Deze actie vertraagt de veranderingssnelheid van de output, als deze in de buurt van het setpoint komt. De D-actie kan de regelaar onrustiger maken als er een zekere ruis/variatie op de meting zit. In de praktijk wordt de Master-regeling bijna altijd als PI-regeling gebruikt. De D-actie wordt niet gebruikt.

In nagenoeg alle van de 48 genoemde rwzi’s met een energiezuinige beluchterregeling wordt de zuurstofconcentratie bepaald door een PI(D)-regelaar. Om deze reden wordt even kort ingezoomd op het fenomeen PID (zie kader) en op Master-Slave.

Het ammoniumsignaal, dat in geval van een Master-Slave-regelaar het zuurstofsetpoint berekent, kan volgen uit een tabel/matrix (o.a. HHNK), een grafiek (o.a. WSRW) of ook weer een PI(D)-regelaar. In tabel 1 zijn de verschillen tussen de drie uitgelicht.

Tabel 1: Karakteristieken van de verschillende typen masterregelingen Eigenschappen Gedrag (uitgedrukt in PID-acties) Instelling op basis van?

Wie stelt de regeling in?

Mogelijkheid kritische instelling?

Bijstelling van de regelaar nodig?

Inzichtelijk wat de regeling doet?

Type masterregeling Tabel / Matrix Grafiek I (D) P ervaring ervaring operator operator nee nee nee ja ja ja

PID PI regelgedrag regeltechnicus ja nee ja

Neerslag 2012/V

6664_V02_art249_fc.indd 5

5

30-08-12 12:10

Beluchtingstank met meetsensor.

Erg veel waarde wordt gehecht aan bedieningsgemak en inzichtelijkheid van een regeling. Dit klinkt erg logisch, maar er speelt meer. Een tabelregeling is overzichtelijk, maar de keuze voor de verschillende parameters in de tabel maakt het werken ermee al weer wat lastiger. Voor een grafiek geldt hetzelfde. Een PI(D) is moeilijk in te regelen, maar als dit correct is gebeurd, is er daarna geen omkijken meer naar. Het lijkt er echter wel op dat bij de keuze voor P- en I-waarden op veel rwzi’s nog een wereld te winnen is. Regelmatig blijken beluchters uitgerust met een FO (frequentieomvormer), gedurende een groot deel van de tijd “misbruikt” te worden als aan/uit-apparaten, onder andere door de keuze van een te grote P-waarde.

SAMENGEVAT Een Master-Slave-regeling op basis van ammonium (/nitraat/fosfaat) wordt overwegend als energiezuinige regeling aangeduid. Er is duidelijk een trend waargenomen waarbij in toenemende mate on-line meetsensoren worden opgenomen in de beluchterregeling, soms in combinatie met een feed-forward-component.

De energiewinst, die met een goede (= tot een goed effluent leidende) beluchterregeling kan worden bereikt, is echter beperkt en zal niet snel meer dan 10% bedragen. Een goede regeling is namelijk niet per definitie energiezuinig. Denk hierbij aan de effluentkwaliteit. Directe regeling op ammonium kan meerdere voordelen bieden. Niet aangetoond is echter dat energiebesparing er hier één van is. De grootste energiebesparing in de beluchting moet dus vooral in de hard6

Neerslag 2012/V

6664_V02_art249_fc.indd 6

30-08-12 12:10

ware (punt- of bellenbeluchting, voorbezinking/fijnzeef of niet en dergelijke [zie referentie 1] worden gezocht. Good-housekeeping (= juiste parameterwaarden en goed onderhoud van de sensoren) en gebruikmaken van meerdere on-line meetsignalen kan een - – zij het dus relatief beperkte – aanvulling hierop zijn.

REFERENTIES STOWA 2009-W-07: Quick Scan Inventarisatie en Achtergronden Energiezuinige beluchting rwzi’s.

STOWA 2012-binnenkort te verschijnen: Energiezuinige beluchterregelingen.

Afkortingen Waterschappen WSNZ Waterschap Noorderzijlvest HHDL Hoogheemraadschap van Delfland HDSR Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden WSRD Waterschap Regge en Dinkel WN Waternet WSAM Waterschap Aa en Maas WSVE Waterschap Vallei & Eem WSHD Waterschap Hollandse Delta WSSS Waterschap Scheldestromen WSRW Waterschap Reest en Wieden HHNK Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier Erik Rekswinkel, Hoogheemraadschap de Stichtse Rijnlanden André van Bentem, Royal HaskoningDHV

Neerslag 2012/V

6664_V02_art249_fc.indd 7

7

30-08-12 12:10

WTOS – werkt meteen!

Procesoptimalisatie met een strategie Met WTOS optimaliseert u uw proces zonder risico’s en zonder grote aanpassingen.

De module wordt eenvoudig geïnstalleerd en kan tot 60% kosten besparen op energieverbruik en polymeerverbruik.

Meer informatie vindt u op: www.hach-lange.nl

1_1_stC5_fc_AB.indd 1

29-08-12 15:55

1000-21-1000-5977 Neerslag 2012-5

kleur: fc

Een grensoverschrijdend onderzoek vanuit waterschapsperspectief

Het Euregio-project Fuzzy Afvalwaterketen Procesregelingen op basis van fuzzy logic kunnen effectief worden ingezet voor de optimalisatie van zuiveringsprocessen en het vergroten van de stabiliteit van deze processen in een rwzi. De eenvoudige, aan de praktijk gekoppelde opzet, maakt fuzzy-logic-regelingen inzichtelijk, efficiënt en flexibel. Aldus de uitkomst van het Interegg IIIA project ‘Fuzzy logic regelingen voor rwzi’s’.

Wanneer rioolstelsel en rwzi regeltechnisch aan elkaar worden gekoppeld, kan een extra stap worden gemaakt bij de verbetering van de efficiëntie en de Fuzzy logic in procesregelingen, stabiliteit van de processen + de rendabiliteit ook wel fuzzy control genoemd, van de maatregelen. Hiertoe is het Interreg is gebaseerd op het programIVA project ‘Fuzzy Afvalwaterketen’ opgezet. meren van regelingen vanuit de natuurlijke spreektaal. Vanuit de BELANG FUZZY-LOGICnatuurlijke spreektaal worden kenPROCESREGELING nisregels ontwikkeld, bijvoorbeeld: Een procesregeling op basis van fuzzy ‘Als het ammoniumgehalte hoog logic registreert veranderingen van proen stijgend is en het nitraatgehalte cesparameters en voert aan de hand van zeer laag en dalend, dan moet de deze veranderingen correcties op maat door. zuurstofinbreng sterk worden verZo wordt het zuiveringsproces geoptimalihoogd’. Vervolgens worden de nietseerd en wordt de stabiliteit ervan vergroot. exacte (fuzzy) begrippen ‘hoog’, De effecten van deze innovatieve regel‘zeer laag’, ‘stijgend’, ‘dalend’ en techniek zijn een verbetering van de efflu‘sterk verhoogd’ zodanig gekwanentkwaliteit, een betere benutting van de tificeerd, dat uit de kennisregels en capaciteit van de rwzi en een daling van het energieverbruik. Genoemde effecten gaan de betreffende meetwaarden voor gepaard met kostenoptimalisaties. het ammonium- en het nitraatgeDaarnaast zijn fuzzy-logic-regelingen halte precies de goede hoeveelgebruiksvriendelijk.

De fuzzy-logic-regeling heid extra toe te dienen zuurstof bekijkt het proces ‘door de ogen van de kan worden afgeleid. procesmedewerker’, kan in spreektaal worden opgezet en stap voor stap worden verfijnd. Door de gebruiker hoeven geen complexe wiskundige modellen te worden gehanteerd. De eenvoudige, aan de praktijk gekoppelde opzet, maakt fuzzy-logic-regelingen inzichtelijk, efficiënt en flexibel.

Neerslag 2012/V

6664_V03_art252_fc.indd 9

9

30-08-12 12:20

Afbeelding 1 en 2. Voorbeeld van fuzzy verzamelingen.

OPZET VAN HET ONDERZOEK Het Interreg IVA project Fuzzy Afvalwaterketen wordt in Euregioverband uitgevoerd. Projectpartners zijn, naast het waterschap Regge en Dinkel de gemeente Rheine (D), de gemeente Oldenzaal (NL) en het Duitse kennisinstituut INFA.

Het project Fuzzy Afvalwaterketen wordt in het kader van het INTERREG IV A progamma Deutschland-Nederland medegefinancierd door het Europese Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO) en door het ministerie van Economische Zaken van de deelstaat Nordrhein-WestFalen + de provincie Overijssel. Het wordt begeleid door het programmamanagement bij de Euregio.

De insteek van het project is praktijkonderzoek in de afvalwaterketen van de rwzi RheineNord en die van de rwzi Oldenzaal. Hierbij wordt een nieuwe besturingswijze voor de afvalwaterketen ontwikkeld, waarbij de afvalwaterketen wordt beschouwd als was deze ĂŠĂŠn geheel.

Het fuzzy-logic-principe wordt als basis voor de besturing ingezet.

In verband met het onderzoek wordt extra meetapparatuur geplaatst. Zo worden op de rwzi Oldenzaal extra nitraatmeters ingezet voor de recirculatieregeling en wordt een extra ammoniummeter geplaatst op de aanvoer van het voorbezonken afvalwater.

Afbeelding 3. Configuratie actiefslibinstallaties rwzi Oldenzaal.

10

Neerslag 2012/V

6664_V03_art252_fc.indd 10

30-08-12 12:20

De ammoniummeter dient om proactief te kunnen inspelen op de binnenkomende vuilvracht, ofwel de actuele zuurstofvraag. Tegelijkertijd worden in het rioolstelsel voorzieningen getroffen die het mogelijk maken in te spelen op de actuele omstandigheden. Hierbij wordt optimaal gebruikgemaakt van leidingen, pompen en buffervoorzieningen. Uiteindelijk worden stelsel en rwzi regeltechnisch aan elkaar gekoppeld, zodat sprake is van een integrale procesregeling voor de afvalwaterketen.

UITGANGSPUNTEN EN SUCCESBEPALENDE FACTOREN Een belangrijk uitgangspunt voor dit onderzoek is het onderzoek dat eerder in Interreg IIIA verband is uitgevoerd naar fuzzy-logic-regelingen voor rwzi’s. Bij dit onderzoek waren, met uitzondering van de gemeente Oldenzaal, dezelfde projectpartners betrokken. Voor het waterschap Regge en Dinkel was de rwzi Nijverdal onderwerp van onderzoek. Dit onderzoek heeft een belangrijk potentieel laten zien van fuzzy-logic-procesregelingen. Met name voor de biologische zuiveringsprocessen, waar een groot aantal invloeden het procesverloop bepalen.

Op de rwzi Nijverdal kon, bij gelijkblijvende kwaliteit van het geloosde effluent, het stroomverbruik met ongeveer 120.000 kWh per jaar (ongeveer 6%) worden verlaagd, wat neerkomt op een kostenbesparing van circa â‚Ź 14.000,-- per jaar.

Naast energie-/kostenbesparingen werd, als gevolg van de geoptimaliseerde beluchtingsregeling eveneens een stabielere effluentkwaliteit bereikt. Concentratiepieken in het effluent werden substantieel teruggebracht.

Vanwege het pilotkarakter van het project, was sprake van relatief hoge investeringskosten voor aanpassing van de installatieonderdelen, aanvullende meetapparatuur en de introductie van de meet- en regeltechniek. Financieel gezien was het project voor de rwzi Nijverdal (zonder subsidie) nog niet helemaal rendabel.

Bij toekomstige projecten kan van een betere rendabiliteit worden uitgegaan. Met name wanneer de besturing van het rioolstelsel integraal wordt gecombineerd met die van de rwzi.

De goede samenwerking met de gemeente Oldenzaal en de Duitse partners vormt een belangrijke succesbepalende factor voor het onderzoek. Deze samenwerking vertegenwoordigt een aanzienlijke meerwaarde, omdat hierdoor uitwisseling van best practices en netwerkvorming plaatsvindt. De projectpartners werken nauw met elkaar samen (op personeel, organisatorisch, inhoudelijk en financieel gebied), waardoor hun kennis voortdurend wederzijds wordt benut en verder ontwikkeld.

DOELSTELLINGEN VANUIT HET PERSPECTIEF VAN DE RWZI Het ontwikkelen van een moderne integrale procesregeling volgens het FuzzyLogic- principe voor de afvalwaterketen van de rwzi Oldenzaal kent vanuit het perspectief van de rwzi Oldenzaal de volgende doelstellingen: 1. Een doelstelling, gericht op het beheer en de besturing van de rwzi Oldenzaal; Deze doelstelling bevat de volgende elementen:

Neerslag 2012/V

6664_V03_art252_fc.indd 11

11

30-08-12 12:20

Bovenaanzicht van de rwzi Oldenzaal

– Wanneer het aanvoerstelsel van de rwzi, inclusief bergings- en pompvoorzieningen optimaal wordt ingericht en benut, leidt dit naar verwachting tot een meer regelmatige aanvoer van rioolwater op de rwzi, waardoor de werking van de rwzi kan worden geoptimaliseerd.

– Wanneer de ervaringen met procesregelingen volgens het Fuzzy-Logic-principe op de rwzi Nijverdal worden doorgetrokken naar de rwzi Oldenzaal, zal ook hier sprake zijn van een stabieler proces, een betere effluentkwaliteit en een lager energieverbruik. Daarnaast is de betreffende procesregeling op de rwzi Nijverdal gebruiksvriendelijk gebleken voor de procesmedewerkers.

2. Een doelstelling, gericht op de integrale besturing van de afvalwaterketen van de rwzi Oldenzaal; Bij deze doelstelling zijn de volgende elementen van belang: – Bij het optimaal inrichten en benutten van (de voorzieningen in) het aanvoerstelsel, is het zaak hierin (ook) de bedrijfstoestand van het aanvoergemaal van de rwzi, respectievelijk de bedrijfstoestand van het bergbezinkbassin op het rwzi-terrein te betrekken. Wanneer het aanvoerdebiet op de rwzi een stijgende lijn vertoont, respectievelijk het bergbezinkbassin op de rwzi zich begint te vullen, dient zodanig preventief te worden gehandeld, dat overstortingen in een later stadium zo veel mogelijk (in frequentie en omvang) worden voorkomen.

12

Neerslag 2012/V

6664_V03_art252_fc.indd 12

30-08-12 12:20

– Wat het aanvoerstelsel betreft, dient de bedrijfsvoering van het vijzelgemaal op de rwzi, dat aan het aanvoerstelsel van de kern Oldenzaal is gekoppeld, en de bedrijfsvoering van de persleiding, die afvalwater van naburige kleine kernen op de rwzi (in beheer bij het waterschap) aanvoert, zo veel mogelijk op elkaar worden afgestemd.

– Een integrale aanpak, die optimaal invulling geeft aan de meerwaarde van de samenwerking van waterschap en gemeenten in de afvalwaterketen.

UITVOERING EN FASERING VAN HET ONDERZOEK Na een initiële fase in 2008/2009, is het project in het jaar 2010 en in de eerste helft van 2011 concreet voorbereid. Aangezien de Euregio hoge eisen stelt aan onder andere (de uitvoering van) het aanbestedingsbeleid, is een relatief lange voorbereidingstijd vereist. Medio 2011 zijn de installatiewerken uitgevoerd op de rwzi Oldenzaal en is een test- en ontwikkelprogramma voor meetapparatuur en de te implementeren regeling gestart. Begin 2012 is een begin gemaakt met het implementeren van de fuzzy-regeling op de rwzi. In juni van dit jaar is begonnen met het regeltechnisch koppelen van rioolstelsel en rwzi. Het onderzoeksprogramma loopt nog tot medio 2013.

Jeroen Gerrits (rwzi Nijverdal) Gerard Oude Griep (rwzi Oldenzaal) Hans Ellenbroek Allen van Waterschap Regge en Dinkel

Neerslag 2012/V

6664_V03_art252_fc.indd 13

13

30-08-12 12:20

Training & Advies Knol Training & Advies is een adviesbureau voor de proces- en milieutechnologie.

Wij ondersteunen onze klanten door middel van geven van trainingen en advies en wij hebben diverse producten.

Training Wij hebben ons opleidingsprogramma in 2011/2012 uitgebreid met de volgende trainingen: s 'EBRUIK EN INRICHTEN 0')- HISTORIAN s 6EILIGHEID BIOLOGISCHE PROCESSEN s 0ROCESDATAMANAGEMENT GEGEVENSBEHEER s /PZETTEN EN ONDERHOUDEN VAN Energiemanagementsystemen s %NERGIEMANAGEMENT IN OPERATIONELE organisaties s %NERGIEMANAGEMENT VOOR MANAGERS s !LGEMENE CURSUS ZUIVERINGSTECHNIEK

Advies !LS ADVIESBUREAU ONDERSTEUNEN WIJ ONZE KLANTEN OP UITEENLOPENDE GEBIEDEN s $ETACHERING VAN PROCESTECHNOLOGEN s /PSTELLEN MILIEURAPPORTAGES s 5ITVOEREN EN OPZETTEN VAN GEGEVENSBEHEER en rapportages gebaseerd op "USINESS/BJECTS OF %XCEL

s $IMENSIONEREN VAN ZUIVERINGEN LUCHT

DEELSTROOMBEHANDELING EN SLIBVERWERKING s 5ITVOEREN VAN PILOTONDERZOEKEN s -AKEN VAN MASSABALANSEN s /PSTELLEN VAN %NERGIE EFFICIENCY PLANNEN s /PSTELLEN EN CONTROLEREN VAN LINETABLES

0)$ S 0&$ S EN EQUIPEMENTLIJSTEN

Producten 5 KUNT BIJ ONS TERECHT VOOR ONDERSTAANDE PRODUCTEN s 'ARANTIEMETINGEN OXYGEN CAPACITY /#

ALFA SNELHEIDS EN CAPACITEITSMETINGEN s 0ROCES DASHBOARD s 0LANNINGTOOL s %NERGIE "ALANS 4OOL s 'EAVANCEERD INFORMATIE ONTSLUITINGS SYSTEEM E'IOS

Hunzeweg 2 | 9511 PC Gieterveen | T +31 (0)599 89 19 70 | I www.knol.eu | E info@knol.eu

1_1_stC5_fc_E.indd 1

29-08-12 15:56

1000-21-1000-5031 KNW Neerslag 2012-5 kleur: fc

CarCON op Soest: de ervaringen van een procesbeheerder Waterschap Vallei & Eem is sinds enkele jaren bezig elke rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi) te voorzien van intelligente ammoniumregelaars. Als oplossing voor rwzi Soest is gekozen voor het CarCON-systeem. Deze regelaar onderscheidt zich van andere oplossingen door onder andere een accurate voorspelling van de aangevoerde vracht. Hierdoor wordt zoveel efficiënter belucht, dat naast een stabielere effluentkwaliteit ook een duidelijke energiebesparing is behaald. Dit artikel schetst de ervaringen van een betrokken beheerder over de gevolgen van CarCON voor de dagelijkse bedrijfsvoering.

INLEIDING De rwzi Soest is een relatief laagbelaste vrijverval zuivering met een ontwerpcapaciteit van 130.000 i.e. waar het afvalwater van Soest en Baarn wordt gezuiverd, voordat het wordt geloosd op de Eem. De zuivering bestaat uit twee straten, die beide bestaan uit achtereenvolgens een voorbezinktank, een aëratietank en twee nabezinktanks. Het surplusslib wordt op de zuivering vergist, waarna het per as naar de rwzi Amersfoort wordt afgevoerd. De aëratietanks zijn van het type Carrou-

Neerslag 2012/V

6664_V04_art250_fc.indd 15

15

30-08-12 12:09

sel-2000. Dit wil zeggen dat er een aparte denitrificatieruimte is – het zogenaamde oor – wat een gunstig neveneffect heeft op de biologische fosfaatverwijdering. De beluchting per circuit vindt plaats door middel van twee puntbeluchters van circa 100 kW, waarvan één is voorzien van een frequentie-omvormer. In de loop van 2010 is de bestaande zuurstofregeling vervangen door CarCON-besturing. Het primaire doel was om het proces te gaan besturen met een effectieve ammoniumregelaar. Het secundair beoogde effect was een significante energiebesparing – in de orde van 3% – hetgeen vooral bereikt moest worden door het unieke voorspellende karakter van CarCON. Tijdens de implementatie van de nieuwe regeling traden enkele onvoorziene effecten op. Dit heeft ertoe geleid dat in nauwe samenwerking tussen Waterschap Vallei & Eem en DHV, nieuwe functionaliteit is ontwikkeld en geïmplementeerd. Op dit moment draait de regeling zeer stabiel en naar tevredenheid van de betrokken procesbeheerders. Daarnaast is ook de beoogde energiebesparing aantoonbaar behaald.

VRACHTVOORSPELLING De inzet van de beluchting wordt binnen CarCON voornamelijk gebaseerd op de voorspelling van de aangevoerde vracht - en daarmee de beluchtingbehoefte - op ieder moment van de dag. Het voorspellingsmechanisme is gefundeerd op jarenlange ervaring met voorspelling van drinkwatervraag in een gebied. De belangrijkste gedachte hierachter is dat het aanvoerpatroon op een bepaalde dag van de week, bijvoorbeeld een maandag, sterk overeenkomt met het werkelijk opgetreden patroon in de voorgaande weken op de betreffende dag. De geleerde patronen per dag van de week worden voortdurend bijgesteld op basis van de werkelijke debietmeting. Doordat regendagen buiten beschouwing blijven, ontstaat een betrouwbare voorspelling van het patroon van de droogweeraanvoer (DWA).

In het geval van een redelijk constante samenstelling van het afvalwater – dit is in Soest het geval – is het debiet een goede maat voor de vracht. CarCON gebruikt deze voorkennis door basisbeluchting in te zetten volgens een patroon dat overeenkomt met het voorspelde DWA-patroon. De absolute waarde van de voor-

16

Neerslag 2012/V

6664_V04_art250_fc.indd 16

30-08-12 12:09

spelde beluchting hangt af van de door CarCON geleerde relatie tussen debiet en beluchtingcapaciteit. Dit betreft dus een tweede zelflerend mechanisme.

KWALITEITSPARAMETERS CarCON wordt ingezet voor de aansturing van de beluchting. Het regeldoel is het realiseren van een ammoniumgehalte op basis van een instelbaar setpoint.

Het zuiveringsproces is onderhevig aan verschillende verstoringen. De samenstelling van het influent kan bijvoorbeeld licht wijzigen, het slib is niet van constante kwaliteit en er treden temperatuurschommelingen op. Het sturen op alleen een vrachtvoorspelling zoals hierboven beschreven, zal dan ook per definitie leiden tot afwijkingen van het setpoint. Daarom zijn er binnen het besturingsysteem verschillende feedbackregelingen beschikbaar, waarvan voor rwzi Soest aanvankelijk alleen de ammoniumregelaar was geconfigureerd. Beide circuits beschikken over betrouwbare ammoniumanalysers die 24 uur per dag een nauwkeurige waarde doorgeven. Op basis van deze online metingen wordt de beluchting gecorrigeerd ten opzichte van de voorspelde inzet. De werkelijk ingezette beluchting is wel onderdeel van de zelflerende component, waardoor op den duur de verhouding tussen voorspelling en feedback steeds meer door de voorspelling wordt gedomineerd. Aanvullend bewaakt CarCON vooral de daggemiddelde waarden van de kwaliteitsparameters, en kan dus momentaan licht van het setpoint worden afgeweken.

Deze manier van sturing heeft twee duidelijk gunstige effecten. De eerste is dat de beluchting vroegtijdig op- en aftoert op basis van verwachte stijgingen en dalingen in de vracht. Hierdoor worden de welbekende ammonium- en nitraatgolven afgevlakt met een stabielere effluentkwaliteit tot gevolg. Daarnaast wordt de beluchting rustiger aangestuurd, omdat er niet heftig wordt gereageerd op tijdelijke kleine afwijkingen. Dit heeft een gunstig effect op het energieverbruik en de slijtage van beluchters. Doordat de proceswaarden binnen een nauwere bandbreedte rond het setpoint worden gehouden, is de bedrijfsvoering in de gelegenheid setpoints te kiezen die dichter bij de lozingseisen liggen. Ook hierdoor hoeft er minder belucht te worden, wat leidt tot een verdere besparing.

Het optimaliseren van de regelstrategie heeft vanuit het waterschap geleid tot de nadrukkelijke wens om ook de nitraatwaarde te betrekken in de regeling, mede doordat voor veel zuiveringen een lozingseis geldt voor de totale stikstoffractie.

ONVOORZIENE EFFECTEN Na de installatie van CarCON op rwzi Soest traden al snel de beoogde effecten met betrekking tot effluentkwaliteit en energiebesparing op. Er werd op bepaalde momenten echter z贸 weinig belucht, dat er afgifte plaatsvond van het slibgebonden fosfaat. Hierbij bestaat het vermoeden, dat de zuurstofloze omstandigheden niet alleen in de AT optraden, maar ook en vooral in de nabezinktanks en de bandindikkers. Dit heeft tot gevolg dat het fosfaat niet meer wordt afgevoerd met het slib, maar langzaam accumuleert in de AT. Bij nadere studie is gebleken dat meerdere zuiveringen die relatief laagbelast worden en gebruikmaken van bioloNeerslag 2012/V

6664_V04_art250_fc.indd 17

17

30-08-12 12:09

gische P-verwijdering, gevoelig zijn voor dit mechanisme. Deze ervaring is aanleiding geweest om CarCON uit te breiden met een fosfaatregeling, die autonoom een randvoorwaarde aan de minimale beluchtingcapaciteit oplegt.

Een ander nieuw fenomeen van het strakker sturen op ammonium, is het optreden van nitraatopbouw in periodes van lage belasting of lage temperaturen. Het is een bekend gegeven dat puntbeluchters effectiever zuurstof inbrengen bij lagere watertemperaturen. Doordat het fysiek niet mogelijk is de laatste puntbeluchter van rwzi Soest uit te schakelen, was er op een deel van de dag een overmaat aan zuurstof aanwezig.

Zodra op andere delen van de dag de belasting toenam, greep de beluchting in. Over de hele dag genomen, werd er verhoudingsgewijs onnodig veel nitraat gemaakt. Door het instellen van een hoger ammoniumsetpoint door de beheerder, greep CarCON later in met een gemiddeld genomen lagere evenwichtigere beluchting. Dit voorbeeld laat zien dat ook bij geavanceerde regelaars het belangrijk is dat beheerders met voldoende technologisch inzicht de setpoints met verstand bepalen.

BLIK VOORUIT Toekomstige CarCON-toepassingen bij het waterschap zullen de beheerder hierin verder ondersteunen. De setpoints voor ammonium kunnen dynamisch worden bepaald, mede op basis van het nitraatgehalte en de lozingseis voor totaalstikstofgehalte. Daarnaast is CarCON ook in staat om andere processen te besturen, die invloed hebben op de biologie. Hierbij kan worden gedacht aan chemicaliĂŤndosering voor chemische fosfaatverwijdering, die goed moet samenwerken met de biologische fosfaatverwijdering, en het sturen van het retourslib.

De intelligente besturing van de beluchting op rwzi Soest heeft geleid tot stabiele en goede effluentkwaliteit, waarbij ook de beoogde energiebesparing aantoonbaar is behaald. De bedrijfsvoering ervaart CarCON als een krachtig en betrouwbaar hulpmiddel voor het uitvoeren van hun beheertaken, waarbij zij een actieve stem hebben in kansrijke toekomstige ontwikkelingen.

Robbert Wagemaker, Royal HaskoningDHV Francis van de Bildt, Waterschap Vallei & Eem

18

Neerslag 2012/V

6664_V04_art250_fc.indd 18

30-08-12 12:09

Vergelijkend onderzoek ionselectieve meters De waterschappen in Nederland besteden bij de inrichting en optimalisatie van rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi’s) steeds meer aandacht aan goede procesregelingen. Essentieel daarbij is een snelle reactietijd, ofwel een voldoende korte tijd tussen een wijziging van de waarde van een procesparameter en de gewenste bijsturing van het proces. Doordat ionselectieve meters goedkoper zijn dan de meer traditionele fotometrische meetapparatuur, is het haalbaar meer meetpunten uit te rusten met aparte meters. Daardoor wordt aan reactietijd gewonnen.

Om de ionselectieve meters op prestaties en betrouwbaarheid te testen, is een vergelijkend onderzoek uitgevoerd. Het vergelijkende onderzoek op de rwzi Enschede heeft uitgewezen, dat de zuiveringsprocessen op een rwzi goed gevolgd en aangestuurd kunnen worden met behulp van ionselectieve meters.

BELANG MULTIVARIABELE PROCESREGELING Multivariabele procesregelingen dragen bij aan een verbetering van de effluentkwaliteit, de stabiliteit van het zuiveringsproces en een beperking van het energiegebruik. Een goede procesregeling benut optimaal de mogelijkheden, die in het ontwerp van de rwzi zijn ingebouwd. Daardoor wordt de capaciteit van de rwzi maximaal benut en wordt een extra mogelijkheid geboden voor bewaking van de effluentlozingsvergunning. Stabiliteit in de zuiveringsprocessen garandeert daarnaast een constante effluentkwaliteit en voorkomt een voortdurend bijsturen van de processen. Daar zitten mogelijkheden voor energiebesparing.

Vandaar dat het verbeteren van procesregelingen vaak wordt genoemd als een maatregel in het kader van MJA3, het meerjarenprogramma om tot een grotere energie-efficiency op rwzi’s te komen. Essentieel voor een goedfunctionerende procesregeling is een voldoende snelle reactietijd. Ofwel, een voldoende korte tijd tussen een wijziging van de waarde van een procesparameter en de gewenste bijsturing van het proces.

OPZET VAN HET ONDERZOEK Bij het waterschap Regge en Dinkel worden de meeste regelingen aangestuurd door relatief dure fotometrische meetapparatuur. Daardoor worden regelmatig meerdere meetpunten aangesloten op één meter. Dit gaat ten koste van de reactietijd. Ionselectieve meters zijn goedkoper, waardoor het eerder haalbaar is voor elk meetpunt van elke zuiveringsstraat een aparte meter te plaatsen. Ionselectieve meters zijn echter nog niet zo lang op de markt en gelden, voor wat betreft prestaties en betrouwbaarheid, nog niet als bewezen techniek. Meerdere leveranciers Neerslag 2012/V

6664_V05_art253_fc.indd 19

19

30-08-12 12:08

van meetapparatuur bieden inmiddels ionselectieve meters aan. Vandaar een vergelijkend onderzoek. Het onderzoek biedt de mogelijkheid kennis en ervaring op te doen met de diverse meetprincipes van de aangeboden apparatuur. Zo kan worden vastgesteld welke meter de beste prijs/kwaliteitverhouding heeft en kan een verantwoorde keuze worden gemaakt.

Rwzi Enschede, de grootste rwzi binnen het waterschap Regge en Dinkel, bestaat uit drie zuiveringsstraten. Deze zuiveringsstraten zijn momenteel uitgerust met twee series meetapparatuur (NO3-N, NH4-N en PO4-P). Straat 1 heeft een eigen set meetapparatuur, straat 2 en 3 worden bestuurd met de andere set meetapparatuur. De meetapparatuur is aan het einde van z’n levensduur, is verouderd en dient vervangen te worden. Dat maakt de rwzi Enschede tot een goede testlocatie.

LEVERANCIERS EN GETESTE APPARATUUR Voor het vergelijkend onderzoek zijn de leveranciers Endress & Hauser, ABB en Hach Lange benaderd. Zij hebben de volgende meters ter beschikking gesteld: Leverancier Endress & Hauser

Type CAS40D

Methode Ionselectief

Endress & Hauser ABB Hach Lange Hach Lange

CAS51D Aztec 1000 Nitratax AN-ISE

fotometrisch Gasselectief fotometrisch Ionselectief

Hach Lange

Amtax

chlorometrisch

Parameter NH4-N NO3-N NO3-N NH4-N NO3-N NH4-H NO3-N NH4-H

EĂŠn van de meetopstellingen op de rwzi Enschede.

20

Neerslag 2012/V

6664_V05_art253_fc.indd 20

30-08-12 12:08

Naast ionselectieve meters zijn ook moderne fotometrische meetapparatuur en gasselectieve meters getest, om vast te kunnen stellen welke meters de beste prijs/ kwaliteitverhouding hebben.

Voorafgaand aan het onderzoek zijn er concrete afspraken gemaakt met de leveranciers over de opzet van het onderzoek en de wijze waarop de verschillende meters zijn beoordeeld. De leveranciers zijn zelf verantwoordelijk geweest voor installatie, kalibratie en onderhoud van de terbeschikkinggestelde meters. De medewerkers van de rwzi Enschede hebben de meters gedurende het onderzoek dagelijks visueel gecontroleerd op storingen.

UITVOERING VAN HET ONDERZOEK Om de prestaties en de betrouwbaarheid van de meters te onderzoeken, is een analyseprogramma opgezet. Dagelijks werd op de testlocatie een steekmonster genomen van het slib-watermengsel. Dit steekmonster werd direct ter plaatse gefiltreerd. Van de waterfase werd met behulp van kuvettentesten de concentratie NH4-N en NO3-N bepaald. Naast de dagelijkse kuvettentesten werden drie keer per week labanalyses uitgevoerd.

Op het moment van monstername werden alle te testen meters afgelezen. Ten opzichte van de kuvettentesten is er geen relatie, tot een kleine afwijking, met de bestaande analysers. De bestaande meters konden derhalve als referentie dienen voor de te testen meters. Naast de actuele meetwaarden, werd de trend van de te testen meters beoordeeld ten opzichte van de trend van de bestaande meters.

Andere beoordelingscriteria waren het onderhoud, de kalibratie en de installatie van de meters. Wekelijks heeft er een terugkoppeling met de leveranciers plaatsgevonden. De trend van de verschillende meters zijn gepresenteerd in een grafiek.

Nitraat Tijdens de test zijn twee ionselectieve en twee optische nitraatmeters getest.

Deze meters zijn beoordeeld ten opzichte van de bestaande nitraatmeter. Zoals zichtbaar is in de grafiek 1 (op de volgende pagina), volgen alle te testen meters de trend van de bestaande nitraatmeter. In de grafiek is duidelijk zichtbaar dat één van de fotometrische nitraatmeters structureel boven de lijn van de bestaande en de te testen meters ligt. Door een tweepunts-kalibratie uit te voeren is dit verschil verminderd. Eén van de ionselectieve meters is minder representatief bij piekwaarden.

Ammonium Evenals bij de nitraatmeters, volgen de geteste ammoniummeters de trend van de bestaande ammoniummeter. Opvallend is dat de ionselectieve meters een ondergrens kennen rond 0,5 mg NH4-N/l. In het lage bereik, 0 – 0,5 mg NH4-N/l, zijn de ionselectieve meters niet representatief gebleken. Dit kan bijgestuurd worden met een matrixcorrectie. Door het uivoeren van een matrixcorrectie wordt de sensor gecorrigeerd voor de matrix van het te meten medium (actiefslib).

Deze correctie kan met behulp van een laboratoriumanalyse worden uitgevoerd.

De gasselectieve meter heeft tijdens het onderzoek enkele storingen gekend, Neerslag 2012/V

6664_V05_art253_fc.indd 21

21

30-08-12 12:08

concentratie NO3 (mg/l)

NO3-N metingen fotometrische meter

ionselectieve meter

fotometrische meter

bestaande analyser

ionselectieve meter

10

10

9

9

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0 40644,5

40645

40645,5

40646

40646,5

40647

40647,5

40648

0 40648,5

Boven: grafiek 1 Een meetweek uit het vergelijkend onderzoek

Onder: grafiek 2 Een meetweek uit het vergelijkend onderzoek.

NH4-N metingen

concentratie NH4 (mg/l)

chlorometrische meter gasselectieve meter

ionselectieve meter bestaande analyser

ionselectieve meter

2

02

1,8

02

1,6

02

1,4

01

1,2

01

1

01

0,8

01

0,6

01

0,4

00

0,2

00 00

0 17/04/yy h:04

22

18/04/yy h:04

19/04/yy h:04

20/04/yy h:04

21/04/yy h:04

22/04/yy h:04

23/04/yy h:04

24/04/yy h:04

25/04/yy h:04

Neerslag 2012/V

6664_V05_art253_fc.indd 22

30-08-12 12:08

veroorzaakt door verstoppingen in de aanvoerleidingen. In die gevallen was vaak sprake van een (aanzienlijke) afwijking ten opzichte van de bestaande meter.

CONCLUSIE Uit het vergelijkende onderzoek is gebleken dat ionselectieve meters niet alleen goed de trend van de meetwaarde volgen, maar doorgaans ook in absolute zin representatieve meetwaarden laten zien. Door middel van een matrixcorrectie kunnen ook voor de ammoniummeting in het lage bereik nauwkeurige meetresultaten worden geproduceerd. De beheerders zien het als een groot voordeel dat er ‘direct’ wordt gemeten, zonder meetvertraging. Een ander voordeel van ionselectieve meters is, dat de kans op een storing sterk wordt verminderd door het ontbreken van pompen, slangen en filtersystemen.

Om het meetresultaat van de ionselectieve meters representatief te houden, zullen er ten opzichte van de bestaande meters meer uren moeten worden besteed aan het schoonhouden en kalibreren van de meters. De uiteindelijke frequentie van kalibreren zal, naar verwachting, per rwzi verschillen.

De resultaten van het vergelijkende onderzoek op de rwzi Enschede hebben uitgewezen, dat de zuiveringsprocessen op een rwzi goed gevolgd en aangestuurd kunnen worden met behulp van ionselectieve meters. Het beleid voor het aanschaffen en vervangen van meetapparatuur is in die zin bijgesteld, dat in het vervolg doorgaans voor ionselectieve meters zal worden gekozen. Omdat de ionselectieve meters problemen kunnen geven bij aanwezigheid van verstorende ionen, wordt er steeds een testperiode van zes maanden in achtgenomen.

Voor de rwzi Enschede is het project voor het vervangen van meet- en regelapparatuur gestart. Hierbij is de keuze gevallen op de ionselectieve nitraat- en ammoniummeters. De bestaande meters worden gefaseerd vervangen. Ondanks dat het vergelijkende onderzoek op de rwzi Enschede is uitgevoerd, wordt bij het vervangen van de meters in de eerste zuiveringsstraat een proefperiode van zes maanden in achtgenomen.

Judith Greftenhuis Waterschap Regge en Dinkel

Neerslag 2012/V

6664_V05_art253_fc.indd 23

23

30-08-12 12:08

Voorkom het vastlopen van vuilwaterpompen met de monitor functie van CG Drives & Automation frequentieregelaars.

Door slim gebruik te maken van de mogelijkheden van de monitorfunctie in combinatie met de logische blokken die standaard in de Emotron FDU frequentieregelaar zitten kan men voorkomen dat de pomp vervuild.

Tevens kunnen er spoelfuncties geprogrammeerd worden die bijvoorbeeld bij iedere start of stop geactiveerd kunnen worden waardoor de pomp zuiver spoelt en de kans op verstopping kleiner wordt.

Rioolgemaal Moseik van de gemeente Deventer had het probleem dat de pompen elke dag vastliepen. Volgens John Sterken, projectmedewerker van de gemeente Deventer, is door het toepassen van de monitorfunctie het probleem opgelost en is de bedrijfszekerheid van het rioolgemaal sterk verbeterd.

Ook is er veel geld bespaard op het onderhoud.

Meer informatie? +31(0)497389222 of info.nl@cgglobal.com of www.emotron.nl/www.cgglobal.com

Dit is verleden tijd!!

1_1_stC5_fc_B.indd 1

29-08-12 15:57

1000-21-1000-4999 Waternetwerk 2012/5 Kleur: fc

Een optimale influentregeling voor riool en rwzi in Harderwijk Iedere rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi) heeft een kenmerkend aanvoerpatroon. Dit aanvoerpatroon wordt vooral bepaald door de omgeving. Het aantal inwoners, industrie en het type aanvoerstelsel zijn het meest bepalend. Feit is dat het ontvangen water vaak in een ontvangstkelder uitkomt en op basis van een niveaumeting wordt afgepompt met vijzels of pompen. Een regeling die vaak eenmalig wordt ingesteld. Maar wat betekent zo’n instelling nu daadwerkelijk voor de rwzi en het voorliggende rioolstelsel? Welke optimalisaties zijn daarin mogelijk?

Wat zijn de gevolgen daarvan en wat levert dat uiteindelijk op?

DE RWZI EN DE GEMEENTEN In de jaren 2000-2002 is de rwzi Harderwijk ingrijpend verbouwd. Oorspronkelijk zou de bestaande installatie hydraulisch uitgebreid worden van 4.250 m3/ uur naar 8.500 m3/uur. Door een OAS (Optimalisatie Afvalwater Systemen) uit te voeren bleek dat de installatie door gezamenlijke inspanningen van het waterschap, gemeente Harderwijk, gemeente Ermelo en gemeente Putten, kleiner gedimensioneerd kon worden. Uiteindelijk werd de installatie op 5.500 m3/uur uitgelegd. Dit scheelde aanzienlijk in de (ver)bouwkosten. Er werd een (keten) overeenkomst getekend tussen genoemde partijen en er werden diverse maatregelen in het aanvoerstelsel genomen. De belangrijkste maatregelen waren: – realisatie van een BBB (BergBezinkBassin); – aanpassing van diverse stuwputten met automatische klepbediening in het stelsel van Ermelo; – installatie van diverse niveaumetingen, regenmeters en een debietmeter in het stelsel; – visualisatie van de systemen op het BBS (BeeldschermBedieningSysteem); – meet- en monitoringsprogramma.

Daarnaast werd door de betrokken gemeenten een afkoppelbeleid van hemelwater opgesteld en werd daar waar mogelijk een verbeterd gescheiden stelsel aangelegd. Dit alles werd uiteindelijk bekostigd door het waterschap vanwege de lagere investeringskosten in de rwzi.

UITGANGSPUNTEN – Door middel van sturing (Real Time Control) het rioolwater ten tijde van RWA (RegenWeerAanvoer) op een dusdanige manier bufferen in het stelsel dat de rwzi zo geleidelijk mogelijk wordt gevoed.

Neerslag 2012/V

6664_V06_art254_fc.indd 25

25

30-08-12 12:08

– Het aantal overstorten tot een minimum beperken, zonder dat daarbij wateroverlast voor de omgeving ontstaat. Hierbij dient opgemerkt te worden dat wateroverlast ten gevolge van extreme neerslag niet te voorkomen is.

VOORDELEN 1. Rwzi kan kleiner worden gedimensioneerd.

Het genoemde voordeel spreekt voor zich en vertaalt zich in aanzienlijk lagere investeringskosten en uiteindelijk ook in de jaarlijkse exploitatiekosten.

2. Rwzi wordt gelijkmatiger belast.

Het voordeel had een procestechnisch belang.

3. Belasting op het oppervlaktewater neemt af als gevolg van betere effluentkwaliteit en minder overstorten.

Het voordeel ‘we doen het ook een beetje voor de planeet’.

OPBOUW STELSEL Het stelsel van de gemeente Putten wordt via een gemaal (900 m3/uur) met bijbehorende persleiding, in het vrijvervalstelsel van de gemeente Ermelo gepompt.

Dit stelsel loopt vervolgens onder vrijverval over in het stelsel van de gemeente Harderwijk. Het stelsel van Harderwijk komt onder vrijverval uit in de ontvangstkelder van rwzi Harderwijk.

Figuur 1. De OAS gevisualiseerd op het BBS. Situatieschets ontvangstwerk rwzi Harderwijk Op de rwzi Harderwijk bevinden zich in het aanvoerwerk vier vijzels, te weten: – 2 DWA (DroogWeerAanvoer)-vijzels van elk 1250 m3/uur (vulpunt -1.65 mNAP); – 1 RWA-vijzel van 1650 m3/uur (vulpunt -1.57 mNAP); – 1 RWA-vijzel van 1850 m3/uur (vulpunt -1.40 mNAP).

De totaal opgestelde vijzelcapaciteit bedraagt hierdoor 6.000 m3/uur. De vijzels slaan uit op hun vulpunt en komen in op hoger gelegen peilen. Via een drempel 26

Neerslag 2012/V

6664_V06_art254_fc.indd 26

30-08-12 12:08

(+ 0.25 mNAP) staat de ontvangstput in verbinding met een ondergronds bergbezinkbassin (RO1) Alle vijzels zijn sinds maart 2010 voorzien van frequentieomvormers. Tot die tijd was uitsluitend de RWA-vijzel van 1650 m3/uur toerengeregeld. Deze vijzel zorgde ervoor dat ten tijde van RWA het debiet op 5.500 m3/uur gehandhaafd bleef. Deze waarde is naast de afnameverplichting ook het debiet waarop de rwzi in de Wvo- vergunning (Wet verontreiniging oppervlaktewateren) vergund is.

Rwzi Harderwijk, is mede door invloed van industrieel afvalwater, gevoelig voor licht slib. Een slibvolume-index (SVI) van 125-150 ml/g is vrij normaal. Bij vooral wisselende belastingen over de rwzi vertaalde zich dat nog wel eens in uitspoelingen van zwevende stof met het effluent. Met dit gegeven in het achterhoofd werd in eerste instantie voor de volgende influentregeling gekozen. Tot maart 2010 zag de (oude) regeling er als volgt uit: – Inslagpeil eerste DWA-vijzel -1.10 mNAP, uitslagpeil -1.65 mNAP; – Inslagpeil tweede DWA-vijzel -1.00 mNAP, uitslagpeil -1.55 mNAP; – Inslagpeil eerste RWA-vijzel -0.80 mNAP, uitslagpeil -1.20 mNAP. De tweede RWA-vijzel kwam in bij -0.50 mNAP. Bij 0% uitsturing verwerkte de vijzel 950 m3/uur. Vervolgens werd er lineair opgetoerd totdat bij + 25 cmNAP het maximumdebiet van 5.500 m3/uur werd bereikt. Het niveau van + 25 cmNAP is het overstortniveau naar de berging RO1 toe. De berging RO1 stort bij + 50 cmNAP over naar het Veluwerandmeer. De berging heeft een meetbereik van -0.50 mNAP tot 1.50 mNAP. Bij 0.00 mNAP wordt de OAS actief en treedt de RTC in werking bij -0.15 mNAP wordt het systeem uitgeschakeld.

Met deze regeling werd voorrang gegeven aan het proces op de zuivering. In principe wil men voor het proces zo laat mogelijk op het maximumdebiet gaan draaien. Het stelsel werd pas maximaal leeggepompt op het moment dat het bergbezinkbassin ging vollopen. Bij DWA daarentegen werd het stelsel vanzelfsprekend volledig leeggetrokken tot het vulpunt van de vijzels.

De wens van met name de gemeente Harderwijk was, om al op een eerder niveau het stelsel maximaal te ledigen. Hierdoor werd de verblijftijd korter en zou de buffercapaciteit van het stelsel beter worden benut. Waterschap Veluwe begreep de argumentatie, maar had op dat moment weinig keus. Daarnaast bleek uit bemonsteringen dat een slibuitspoeling vele malen schadelijker was voor het ontvangende oppervlaktewater, dan een voorbezonken overstort die voornamelijk uit regenwater bestond. Toch werd er een verbetertraject gestart. In de afgelopen drie jaar is een pakket aan maatregelen getroffen op de rwzi om de effluentkwaliteit te verbeteren. Zo is/zijn er: – een zandfilterinstallatie gebouwd met een extra nabezinktank (De rwzi heeft er nu zes stuks in totaal.); – troebelheidsmetingen geplaatst in het effluent van de nabezinktanks; – slibniveaumetingen geplaatst op nabezinktanks 5 en 6; – een regeling geïmplementeerd, die bij verhoogde troebelheid in het effluent het slib buffert in de AT; – frequentieomvormers geplaatst op alle aanvoervijzels.

Neerslag 2012/V

6664_V06_art254_fc.indd 27

27

30-08-12 12:08

De laatste maatregel had primair tot doel om het zandfilter zo gelijkmatig mogelijk te belasten en ervoor te zorgen dat al het DWA-debiet over het zandfilter ging. Het zandfilter is namelijk ontworpen op DWA+ capaciteit. Dit is gedefinieerd als 1900 m3/uur (praktijk circa 2100 m3/uur) Het gemiddelde DWA-debiet in Harderwijk bedraagt circa 1500 m3/uur.

Na al deze procesgerichte maatregelen werd de focus weer verlegd naar de influentregeling. Met de argumentatie van de gemeente in het achterhoofd, kwam er een nieuwe regeling die er als volgt uitzag:

Figuur 2. Inslagpeil 1e DWA vijzel -1.45 mNAP, uitslagpeil -1.75 mNAP In de praktijk zal de eerste DWA-vijzel niet vaak uitgaan, aangezien het vulpunt van deze vijzel op -1.65 mNAP zit. De vijzel draait in de nacht dus onder zijn vulpunt, maar trekt het stelsel maximaal leeg.

De genoemde aanpassingen zorgden niet alleen voor een regelmatiger patroon over de rwzi, in combinatie met de extra nabezinktank bleek al snel dat de rwzi minder gevoelig werd voor het sneller optoeren naar de maximumcapaciteit.

Hierdoor kon het maximumdebiet op een lager niveau in het stelsel worden verwerkt. Daarom is in oktober 2010 het niveau waarop de rwzi maximaal wordt belast, verlaagd van + 25 cmNAP naar 0 cmNAP. Een winst van 25 cm.

De gemeente Harderwijk is erbij gebaat dat het stelsel zo leeg mogelijk wordt gehouden. Voor de effluentkwaliteit is het belangrijk om zo lang mogelijk over het zandfilter te draaien (max. 2100 m3/uur). Om hier het optimum tussen te vinden, wordt aan een regeling gewerkt waarbij aan beide eisen zoveel mogelijk tegemoet gekomen wordt, zonder dat daarbij de problemen uit het verleden optreden.

Figuur 3. Verschillende afvoerregelingen.

28

Neerslag 2012/V

6664_V06_art254_fc.indd 28

30-08-12 12:08

De stippellijnen geven de aftoerregeling weer. Het implementeren van de nieuwe regeling staat gepland voor de tweede helft van dit jaar. Een combinatie met bijvoorbeeld neerslagvoorspelling zal vooral voor de ‘ideaal bedrijf rwzi’regeling een volgende stap voorwaarts zijn. Hiermee kan dan sneller worden teruggetoerd naar 2.100 m3/uur op het moment dat er geen buien meer in aantocht zijn. In de tweede helft van dit jaar zal er uitgebreid worden getest met de nieuwe regeling.

RESULTATEN Rwzi Harderwijk heeft een zwevende-stofeis van maximaal 30 mg/l. Deze werd voor 2010 gemiddeld zo’n vijf á zes keer per jaar overschreden. Afgelopen jaar waren dat er slechts drie, die ook nog alle drie te wijten waren aan technische storingen. Het aantal overstorten op het bergbezinkbassin is met name in 2011 aanzienlijk afgenomen. Feit is dat overstorten nagenoeg volledig worden bepaald door de intensiteit van buien. Opgemerkt dient te worden dat vooral overstorten als gevolg van langdurige regen teruggedrongen zijn. Piekbuien met enorme neerslaghoeveelheden in korte tijd zijn afhankelijk van intensiteit moeilijk te definiëren in overstortfrequentie en hoeveelheden, maar ook hier is absoluut winst behaald en nog verder te behalen. Verder zijn de effluenteisen ruimschoots gehaald.

Marco Mons, procesregisseur Waterschap Vallei en Veluwe (in oprichting)

Neerslag 2012/V

6664_V06_art254_fc.indd 29

29

30-08-12 12:08

1_1_stC5_fc_AH.indd 1

29-08-12 15:58

1000-21-1000-6018 Waternetwerk Neerslag 5-2011 Kleur: fc 1000-21-1000-6017 Waternetwerk Neerslag 4-2011

Slibretourregeling met behulp van slibspiegelmeting; de praktijk Op 1 juli 2008 heeft de afdeling Afvalwaterketen van het Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard (HHSK) zich geconformeerd aan de meerjarenafspraak (MJA3) voor de bedrijfstak, om in de komende vijftien jaar een energie-efficiency te bereiken van 2 procent per jaar. Eén van de mogelijkheden om tot een betere energie-efficiency te komen is het aanpassen van de slibretourregelingen op de awzi’s. In de periode december 2009 - mei 2010 heeft de afdeling Afvalwaterketen een test uitgevoerd met een slibspiegelmeter in een nabezinktank van de afvalwaterzuiveringsinstallatie (awzi) Kralingseveer. Over deze testperiode is in Neerslag #6 2010 het artikel ‘Slibretourregeling met behulp van slibspiegelmeting’ gepubliceerd.

Na de testperiode hebben we vervolgens in de loop van 2010 op alle acht nabezinktanks een slibspiegelmeting geplaatst en opgenomen in de slibretourregeling.

In maart 2011 waren alle nabezinktanks voorzien van de nieuwe regeling. In dit artikel beschrijven we de uiteindelijke voorzieningen op de awzi Kralingseveer en de eerste resultaten uit de praktijk.

KORTE TERUGBLIK In 2010 hebben we op de awzi Kralingseveer een slibspiegelmeter getest met het idee om met behulp van een dergelijke meting de slibretourvijzels van de nabezinktanks te sturen. De slibretourvijzels draaiden bij droogweeraanvoer (DWA) op een minimaal toerental en vroegen dan een vermogen van ongeveer 7,5 kW. We hadden het idee om de vijzels bij DWA een bepaalde tijd helemaal uit te zetten, zonder dat dit een negatieve invloed op de kwaliteit van het effluent zou mogen hebben. Op deze wijze kan dan energie worden bespaard. Na een testperiode gedurende de eerste zes maanden van 2010 met een slibspiegelmeter op een nabezinktank konden we de volgende conclusies trekken: – de slibspiegelmeter geeft een goed en betrouwbaar beeld van het niveau van de slibdeken in de nabezinktank; – een robuuste sturing van de slibretourvijzel(s) op het niveau van de slibdeken in de nabezinktank is op de awzi Kralingseveer goed mogelijk; – sturen van de slibretourvijzels op de awzi Kralingseveer levert naar verwachting een energiebesparing van een kleine 200.000 kWh per jaar. Dit betekent een terugverdientijd van ongeveer vier jaar; – slibspiegelmeting op alle acht nabezinktanks geeft extra veiligheid in het voorkomen van slibuitspoeling (alarm hoog niveau).

Neerslag 2012/V

6664_V07_art255_fc.indd 31

31

30-08-12 12:07

Gezien dit positieve resultaat is besloten tot invoering van de sturingssystematiek voor slibretourregeling op alle awzi’s.

DE PRAKTIJK (IMPLEMENTATIE VAN DE REGELING) Aanbesteding Voor de aanschaf van de slibspiegelmeters is een kleine aanbesteding gehouden. We hebben drie leveranciers uitgenodigd om hun systeem te presenteren, en vervolgens een aanbieding voor ons te maken. Het heeft enige tijd en moeite gekost, maar het loont wel.

Uiteindelijk hebben we gekozen voor een leverancier die een compleet systeem levert, bestaande uit een meetversterker, draadloze modules, en sensoren.

Daarnaast hebben we gekozen voor een geïntegreerde troebelheidmeter in de sensor als extra optie.

De configuratie Op de awzi Kralingseveer zijn acht nabezinktanks aanwezig. We hebben ervoor gekozen om per nabezinktank de retourvijzel aan te sturen met een eigen slibspiegelmeter. Deze is voorzien van een draadloze module die communiceert met één meetversterker in het retourslibgemaal, eveneens met een draadloze module.

Dit geheel is aangesloten op de bestaande procesautomatisering door middel van een vaste verbinding (hardwired IO). Zie hiervoor figuur 1.

De regeling in de praktijk Voor het eerste ontwerp van de software en alle randvoorwaarden verwijzen we naar ons eerdergenoemde artikel in Neerslag.

Volgend op de onderzoeksperiode hebben we de regeling verder uitgewerkt voor de acht nabezinkFiguur 1. Schema van de gekozen configuratie. tanks en retourslibvijzels. De regeling verder ontwikkelen voor acht retourslibvijzels was in feite een kleine stap. We hebben in eerste instantie wel de randvoorwaarde gesteld dat nooit meer dan vier slibretourvijzels tegelijk uit kunnen zijn. Dit zou te grote schommelingen in het drogestofgehalte van het surplusslib kunnen veroorzaken. Bij onvoldoende slib in de surplusslibput zal de mechanische slibindikking en afvoer van surplusslib naar de slibgistingstanks kunnen stagneren. Dit is een ongewenste situatie. In de praktijk blijkt dit echter minder kritisch te zijn.

Daarnaast hebben we per nabezinktank een grens toegevoegd voor een minimum en maximum slibspiegelniveau. Wordt een maximum slibspiegelniveau overschreden dan gaat de bijbehorende retourslibvijzel in bedrijf. Pas als de minimumgrens weer wordt bereikt gaat de vijzel weer meedoen in de regeling. Op het beeldschermbedieningssysteem (BBS) presenteren we naast de slibspiegel ook de meetwaarde van de geïntegreerde troebelheidmeter per nabezinktank.

32

Neerslag 2012/V

6664_V07_art255_fc.indd 32

30-08-12 12:07

De regeling is zo ingesteld dat, als aan alle voorwaarden wordt voldaan, de vijzels in een looptijd–wachttijd schema draaien. Het schema bestaat nu uit 2 uur lopen en 2,5 uur wachten. Dit betekent bij DWA-omstandigheden dan dat de vijzels meer dan de helft van de tijd uitstaan. Dit is duidelijk merkbaar in het energieverbruik. De huidige instellingen zijn zichtbaar in het beeldplaatje van het beeldschermbedieningssysteem in figuur 2.

Figuur 2. Beeldplaatje (uit BBS) van de instellingen (voorbeeld) van de slibspiegelregeling.

EVALUATIE Installatie en inbedrijfstelling We hebben de installatie van de slibspiegelmeters in eigen beheer uitgevoerd.

De leverancier van de slibspiegelmeters heeft het ophangsysteem voor de sensoren op maat voor onze nabezinktankbruggen laten maken, waardoor de montage eenvoudig was en vlot verliep. Op de brug bestaat de bekabeling alleen uit een 230VAC-voeding ten behoeve van de draadloze module waaraan de sensor is gekoppeld. In de besturingskast is door middel van een tweedraads-(modbus)koppeling het systeem gekoppeld aan het besturingsysteem van awzi Kralingseveer.

Tijdens de inbedrijfstelling moesten we helaas concluderen dat het signaal van het draadloze systeem te zwak was om de signalen van alle acht tanks binnen te halen. De leverancier heeft dit opgelost door middel van nieuwe draadloze modules met externe antennes. Tevens heeft de leverancier tijdelijk een GSM-module geplaatst om zelf het systeem op afstand te kunnen monitoren en te optimaliseren. Dit alles heeft geleid tot een uitstekend resultaat.

Neerslag 2012/V

6664_V07_art255_fc.indd 33

33

30-08-12 12:07

De ontwikkelde softwaremodule was reeds zover ontwikkeld, dat alleen door het aanvinken van de betreffende nabezinktank de regeling actief werd (figuur 2). De regeling is sinds 1 april 2011 actief.

Energiebesparing Om de uiteindelijke besparing te kunnen bepalen hebben we dezelfde uitgangspunten gehanteerd als in ons onderzoek. We hebben hiervoor de periode van 1 april 2011 tot 31 maart 2012 genomen en het totaal aantal draaiuren van de retourslibvijzels bepaald.

Uitgangspunten Kostprijs elektriciteit Vermogen slibretourvijzel (minimumcapaciteit)

€ 0,13 per kWh 7,5 kW (x 8 = 60 kW totaal)

Besparing Draaiuren zonder slibspiegelmeter 8 x 24 x 365 = 70.080 uur Draaiuren met slibspiegelmeter (totaal 2011) 41.478 uur Verschil 70.080 – 41.478 28.602 uur Besparing in kWh Besparing in euro’s

28.602 x 7,5 = 214.515 kWh/jaar 214.515 x 0,13 = € 27.887,-- /jaar

Fosfaatrelease De fosfaatverwijdering is op de awzi Kralingseveer volledig biologisch. Een van de risico’s die voor de slibretourregeling werd onderkend, was het gevaar van fosfaatrelease uit het slib in de nabezinktanks. We waren bang dat er meer fosfaat zou vrijkomen als gevolg van een langere verblijftijd van het slib in de nabezinktanks

awzi Kralingseveer fosfaatconcentratie effluent 2,00 1,80 1,60 1,40

mg P/liter

1,20

2010 2011

1,00

2010 gemiddeld 2011 gemiddeld

0,80 0,60 0,40 0,20 0,00

maand

34

Figuur 3 Totaalfosfaat-Pconcentratie effluent awzi Kralingseveer 2010 en 2011.

Neerslag 2012/V

6664_V07_art255_fc.indd 34

30-08-12 12:07

onder anoxische omstandigheden. Om in beeld te brengen of er inderdaad meer fosfaat is vrijgekomen hebben we de totaalfosfaat(-P-)concentraties van het effluent over 2010 en 2011 met elkaar vergeleken. Hiervoor is een grafiek gemaakt, waarin het fosfaatverloop over beide jaren over elkaar is gezet. Zie hiervoor figuur 3. Het rekenkundig gemiddelde over beide jaren is gelijk: 1,10 mg P-tot/l, wat aangeeft dat de regeling niet heeft geleid tot meer fosfaatrelease.

(De vergunningseis voor totaalfosfaat-P bedraagt voor de awzi Kralingseveer 2,5 mg P/l als voortschrijdend gemiddelde over 10 waarnemingen, waarbij het verwijderingrendement voor het gebied van HHSK 75% dient te bedragen.)

Overige voordelen Naast de directe energiebesparingen, zijn er ook nog andere voordelen; denk hierbij aan minder slijtage, minder smeermiddelen en minder onderhoud. Deze besparingen zijn verder niet meegenomen in de berekeningen.

KOSTEN Aanschaf Zoals eerder vermeld, is voor de aanschaf van de slibspiegelmeters aan een drietal leveranciers gevraagd een aanbieding te doen en een en ander te presenteren. Uiteindelijk zijn voor het operationeel krijgen van de acht metingen en regelingen de volgende uitgaven gedaan: Aanschaf 8 slibspiegelmeters incl. troebelheidsensor, draadloos systeem voor signaaloverdracht, montage materiaal en assistentie bij inbedrijfstelling Elektrotechnisch installatiemateriaal Aanpassen van de besturingssoftware voor de 8 retourslibvijzels en toevoegen van de metingen.

Totaal uitgaven Installatie in eigen beheer Softwareontwerp in eigen beheer

€ 38.000,--

€ 1.100,-€ 4.000,-€ 43.100,-50 uur 40 uur

Onderhoud metingen De meters zijn inmiddels een jaar in bedrijf. Het benodigde onderhoud aan de meters is zeer beperkt gebleken. De leverancier adviseert een driemaandelijkse visuele inspectie. Dit is ook onze ervaring. We denken ongeveer 16 uur per jaar nodig te hebben voor onderhoud, inclusief het verhelpen van één storing.

De kunststof sensor is door middel van een roestvrijstalen ophanging ongeveer 15 centimeter onder de waterspiegel gemonteerd. Het wissysteem van de sensor zorgt automatisch dat de ultrasonore sensor en de optische troebelheidsensor schoon blijven. In de zomer is wat aangroei van algen te verwachten aan de bovenzijde van de sensor, maar dit heeft geen invloed op de meting (foto).

Afschrijving / terugverdientijd Bij een verwachte levensduur van tien jaar gaan we uit van een afschrijving van circa € 5.000,-- per jaar. Dit betekent dat de werkelijke jaarlijkse financiële Neerslag 2012/V

6664_V07_art255_fc.indd 35

35

30-08-12 12:07

besparing ongeveer € 22.800,-- is.

De terugverdientijd komt daarmee op minder dan twee jaar. Al met al is dit een ‘no regret’-maatregel.

CONCLUSIES EN VERVOLGTRAJECT Nu we een jaar ervaring hebben kunnen opdoen met de slibspiegelmeting/regeling op de slibretourvijzels op de afvalwaterzuiveringsinstallatie Kralingseveer kunnen we het volgende concluderen: – de regeling is robuust en betrouwbaar gebleken; – met de regeling wordt een energiebesparing (elektriciteit) behaald van 214.515 kWh/jaar; – de langere verblijftijd van het retourslib in de nabezinktanks heeft niet tot extra fosfaatrelease geleid; Onderwaterdeel slibspiegelmeter (sensor) – met de slibspiegelmeting is een extra veiligheid ingebouwd tegen slibuitspoeling (hoog niveau- alarm).

Gezien het succes van de regeling op de awzi Kralingseveer zijn plannen gemaakt voor het introduceren van deze regeling op de andere awzi’s van HHSK. Er is krediet aangevraagd voor de afvalwaterzuiveringsinstallaties Groenedijk te Capelle aan den IJssel en Kortenoord te Nieuwerkerk aan den IJssel. Naar verwachting zullen deze awzi’s in 2012 zijn voorzien van een slibspiegelregeling.

OPTIMALISATIEMOGELIJKHEDEN? Aangezien er geen negatieve effecten zijn op de effluentkwaliteit kunnen we mogelijk de uitschakelduur verder verlengen, bijvoorbeeld naar drie uur.

Het mede uitschakelen van de ruimerbruggen van de nabezinktanks, levert ook nog een kleine besparing op (zo’n 20.000 kWh per jaar). Dit zullen we nader onderzoeken.

Marcel van Hees en Alex Sengers, Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard

36

Neerslag 2012/V

6664_V07_art255_fc.indd 36

30-08-12 12:07

Centrale regie bij Vallei en Veluwe ‘In 2030 worden alle rioolwaterzuiveringen in Nederland vanuit één centrale ruimte bestuurd.’ Een uitspraak die Douwe Jan Tilkema ergens in 2004 liet vallen.

‘Onzin’, ‘belachelijk’, ‘hoe wil hij dat doen?’, waren veelgehoorde kreten. Toch zit er achter deze uitspraak een visie. Een visie die misschien niet zo zwart/wit genomen moet worden als in de eerste regel staat, maar die wel degelijk wat zegt over de toekomst van de waterschappen. Het was binnen waterschap Veluwe in elk geval wel het startsein om een koers te gaan varen, waarbij centrale besturing/ regie het uitgangspunt vormt.

Nu, anno 2012, staat er in Apeldoorn een Centrale Regiekamer (CRK) waarvandaan vooralsnog de centrale regie wordt gevoerd over alle acht rioolwaterzuiveringen van Veluwe, inclusief aanvoerende rioolgemalen, en binnenkort ook die van Vallei & Eem. De fusie tussen beide waterschappen, die per 1 januari 2013 verder gaan als Waterschap Vallei en Veluwe, zal ertoe leiden dat ook de acht zuiveringen van Vallei & Eem vanuit deze ruimte centraal worden aangestuurd.

Aansturen, besturen, bedienen, regisseren. Allemaal kreten die iets zeggen over hoe we met behulp van mens en techniek onze processen willen bewaken, inzien en optimaliseren. Nu is van al deze kreten misschien ‘regisseren’ wel de minst bekende term binnen waterschapsland. En toch is het misschien wel de meest juist gekozen benaming.

Regie wil zeggen: ‘onder leiding of toezicht van’. Dit geeft meteen aan dat er nog iets aan vastzit. Als we zeggen ‘noem eens een bekende regisseur’, zullen veel mensen een associatie leggen met de filmindustrie. Paul Verhoeven, Dick Maas

Neerslag 2012/V

6664_V08_art256_fc.indd 37

37

30-08-12 12:07

en Reinout Oerlemans zijn er een paar, die bij eenieder in meer of mindere mate bekend zijn. Maar als we vragen ‘noem eens een bekende procesregisseur’ …?

Als we de afgelopen 25 jaar kijken welke veranderingen er op technisch vlak binnen de waterschappen hebben plaatsgevonden, moeten we tot de conclusie komen dat er veel is gebeurd. Waar we bijvoorbeeld ‘vroeger’ een eenvoudige zuurstofregeling hadden zitten op een beluchtingstank, meten we nu online fosfaat, nitraat, ammonium, zuurstof etc. Alle signalen worden met behulp van PLC- en web-scada-technieken inzichtelijk gemaakt en sturen vervolgens tal van objecten in het veld aan. Als we 25 jaar geleden hadden gezegd dat we het nu op deze manier zouden doen, hadden we misschien ook gezegd: ‘Onzin’, ‘belachelijk’, ‘kan niet’. Als we naar de telecomsector kijken, gaat het bij ons eigenlijk nog rustig aan.

Alle ontwikkelingen dragen er wel toe bij, dat we uit bestaande installaties veel meer informatie kunnen halen dan toen. Met de huidige, steeds strenger wordende vergunningseisen, is het daarnaast een absolute noodzaak om met die informatie het maximale uit onze installaties te halen. Tel daarbij op dat energiebesparing hier onlosmakelijk een rol in speelt en de uitdaging wordt dus steeds groter. Nieuwe en toekomstige zaken als fosfor- en alginaatterugwinning, verwijderen van hormonale stoffen en slibhydrolyse, zullen de complexiteit van installaties alleen maar groter maken. Tot slot zullen compacte zuiveringstechnieken als Demon en Nereda® steeds vaker worden toegepast als deelstroombehandeling of vervangende techniek. Kortom, de technieken zijn of komen er, maar wie gaat dit allemaal monitoren en besturen?

De roep om specialismen wordt steeds groter en dus doen aparte beheers- en onderhoudsdiensten hun intrede. De vroegere klaarmeester die met al zijn ervaring en ‘Fingerspitzengefühl’ een zuivering kon lezen en begrijpen met beperkte middelen, maakt steeds meer plaats voor de techniek op afstand. Kleine installaties draaien onbemand en bezettingen op grotere installaties worden door vergaande automatisering steeds kleiner.

Bij waterschap Veluwe was het antwoord op de vraag: ‘Mag en kan men tegenwoordig van de ‘gemiddelde bedieningsman’ op locatie verwachten, dat de huidige complexe installaties efficiënt, doelmatig, maximaal benut en bestuurd worden?’ een volmondig ‘nee’. Maar het antwoord op de vraag: ‘Kunnen we zonder die bedieningsman op locatie?’ was eveneens een volmondig ‘nee’!

Met dit gegeven krijgt de visie van centrale regie meteen een kader. Gespecialiseerde mensen regisseren centraal op afstand de processen. De vakmensen op locatie zorgen er onder andere voor dat de processen goed worden weergegeven.

De CRK kan dan ook het beste als volgt worden omschreven: Een ruimte waar vanuit het totale rendement van het waterketenbeheer binnen Vallei en Veluwe wordt gewaarborgd en geoptimaliseerd. Het toverwoord hierbij is synergie.

De CRK wordt bij Vallei en Veluwe gevormd door vijf operators, drie technologen en één procesregisseur. Het beheersgebied telt zestein rwzi’s met een totale ontwerpcapaciteit van ruim 2.000.000 i.e. (à 150 g TZV) en circa tachtig gemalen. Analyse van gegevens, procesoptimalisatie en energiebesparing zijn een 38

Neerslag 2012/V

6664_V08_art256_fc.indd 38

30-08-12 12:07

aantal belangrijke zaken, waar binnen de CRK prioriteit aan gegeven wordt. Het uiteindelijke doel is om de voorafgestelde organisatiedoelstellingen zo efficiënt mogelijk te behalen. Daarnaast dient de CRK als vraagbaak voor zuiveringstechnici en eigenlijk voor eenieder binnen en buiten de afdeling. Denk bijvoorbeeld ook aan de melding van calamiteiten.

De operators hebben elk een aandachtsveld met bijbehorende rwzi’s. Dagelijks nemen zij de Centrale Overzichtsrapportages door en bijbehorende alarmlijsten.

Afwijkingen worden met de zuiveringstechnici ter plaatse besproken. Na analyse van gegevens kunnen grotere knelpunten onderling of met hulp van een technoloog verder worden uitgewerkt. Verder bewaken zij de kwaliteit van de gegevens en de verwerking daarvan in de diverse rapportages. Om de synergie te bevorderen gaan de operators regelmatig het veld in, om ter plaatse proceszaken te bespreken en toe te lichten. Het streven is om te allen tijde minimaal twee operators in de CRK aanwezig te hebben. Tijdens kantoortijden zijn zij via een centraal nummer bereikbaar. In de loop van dit jaar zal voor buiten kantooruren een bereikbaarheidsdienst worden opgezet.

In het kader van procesgericht werken, vindt steeds meer scheiding van taken en verantwoordelijkheden plaats. Werken met taakvolwassen medewerkers en de verantwoordelijkheid laag op de werkvloer leggen, zijn eveneens bijbehorende uitgangspunten. Binnen het waterschap is daarom met de komst van de CRK bepaald dat de verantwoordelijkheid voor alle zaken vanuit de Wvo-(Waterwet)vergunning, bij de CRK ligt. De verantwoordelijkheid voor Wm-gerelateerde zaken ligt bij de teamleiders beheer. De CRK draagt hiermee dus de verantwoordelijkheid voor de effluentkwaliteit en is aanspreekpunt voor het handhavend bevoegde gezag.

Eén van de meest belangrijke zaken bij een goed functionerende CRK is duidelijkheid scheppen in de taken en verantwoordelijkheden tussen operators en zuiveringstechnici. De CRK werd in eerste instantie gezien als een bedreiging Neerslag 2012/V

6664_V08_art256_fc.indd 39

39

30-08-12 12:07

voor de mensen op de werkvloer. ‘Mogen wij zo meteen zelf nog aan de knoppen zitten?’, ‘ze hoeven mij niks te vertellen over deze installatie!’, ‘wat mogen wij überhaupt nog?’ Allemaal logische vragen, die bij de zuiveringstechnici opkwamen. Heldere afspraken moeten ertoe leiden dat bedreiging plaatsmaakt voor aanvulling en verlichting op de werkvloer. Want uiteindelijk verandert er voor die zuiveringstechnici niet zo heel veel.

De basisprocesvoering blijft bij hen liggen, evenals de eerstelijns-alarmafhandeling. Zij kunnen juist nu de focus nog meer leggen op de complexere arbeidsintensieve installaties. Zorg dragen voor goedfunctionerende analysers, representatieve monstername, beheersmatig onderhoud, orde en netheid etc. zijn dagelijkse bezigheden. Ondertussen worden de onbemande installaties en gemalen volledig op afstand in de gaten gehouden vanuit de CRK. Daar waar de CRK, bijvoorbeeld door analyse, een procesverbetering wil doorvoeren op een installatie, wordt deze besproken met de zuiveringstechnicus ter plaatse. Omgekeerd wordt hetzelfde gestimuleerd. Uiteindelijk zullen alleen met een goede samenwerking tussen mensen op de werkvloer en CRK de gestelde doelen kunnen worden gerealiseerd.

SAMENVATTEND Aan de ene kant moet met de komst van de CRK worden bereikt dat de samenhang tussen de diverse installaties en processen binnen het totale beheersgebied wordt bewaakt, vergeleken en geoptimaliseerd. Hierdoor zullen de processen efficiënter gaan draaien en zal zich dat uiteindelijk vertalen in betere resultaten tegen lagere kosten. Aan de andere kant zal de CRK bijdragen aan een kwaliteitsimpuls binnen de organisatie en voor de mensen op de werkvloer.

De bewaker van dit geheel is de procesregisseur. Dus als er na het lezen van dit artikel iemand aan u vraagt: ‘noem eens een (bekende) procesregisseur…’.

Marco Mons, procesregisseur Waterschap Vallei en Veluwe i.o.

40

Neerslag 2012/V

6664_V08_art256_fc.indd 40

30-08-12 12:07

Masterclass PID tunen Om de veel toegepaste PID-regelaar te doorgronden heeft Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden DHV gevraagd de theorie achter deze regelaar toe te lichten aan de hand van praktijkvoorbeelden. Dit is in een tweetal sessies door DHV uitgevoerd in een zogenaamde ‘Masterclass PID tunen’. Totaal hebben ruim twintig mensen de sessies bezocht.

Beluchterregelingen op afvalwaterzuiveringen kunnen op verschillende manieren worden aangestuurd. Om een idee te krijgen van regelingen hebben we het bijvoorbeeld over een on-off-regeling, een tabelregeling, een grafiekregeling, een PID-regeling, een voorwaartskoppeling, een fuzzy control, etc.

Bij Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden wordt in de meeste gevallen een PID-regeling toegepast voor het regelen van de beluchting. De regeling bestaat uit een zogenaamde cascaderegeling: het O2-setpoint wordt aangestuurd door ammonium-PID-regeling met een (instelbaar) NH4-setpoint. Bij een toename van het NH4-gehalte wordt het O2-gehalte aangestuurd naar een hoog setpoint en andersom.

-

NH4-setpoint

+

PI-regelaar

O2-setpoint

+ -

u

ZUURSTOF

AMMONIUM NH4-meting

PI-regelaar

O2-meting

Afbeelding 1. De cascaderegelaar

THEORIE PID staat voor Proportioneel, Integrerend en Differentiërend.

De P in de regelaar gebruikt de afwijking (‘error’) proportioneel als aansturing van het proces, met als doel om het (instelbare) setpoint te volgen. Hierbij kan worden gesteld dat hoe groter de P, hoe sterker (‘agressiever’) de aansturing.

De I in de regelaar integreert door de afwijkingen uit het verleden op te tellen en corrigeert daarmee binnen I-tijd (in seconden) de aansturing. Hierbij is het van belang te weten, dat hoe langer de integratietijd, hoe zwakker de correctie.

De D in de regelaar reageert op sprongen in het proces. Hierbij is het van belang om te beseffen dat hoe hoger de D of differentiatietijd, hoe sterker de reactie op sprongen. De D wordt in beluchterregelingen niet of nauwelijks gebruikt, omdat deze reactie voor instabiliteit zorgt door ook te reageren op ruis en setpointsprongen.

Neerslag 2012/V

6664_V09_art251_fc.indd 41

41

30-08-12 12:06

Setpoint

Error -

Controller

Input Control

Proces

Output

Feedback Afbeelding 2. Schematische weergave van de PID-regelaar.

Afbeelding 3. Het tankvulmodel waarmee het effect van de PID-instellingen wordt ge誰llustreerd.

Om PID-instellingen inzichtelijk te maken is aan de hand van een tankvulmodel getoond wat het effect is van de verschillende instellingen van de P en I. Sommige PID-instellingen leiden tot een instabiele regeling, waarbij de output in een golf om de instelwaarde blijft bewegen. Andere PID-instellingen geven een meer stabiele regeling, waarbij de output de instelwaarde binnen afzienbare tijd bereikt. Deze laatste situatie is gewenst.

PID TUNEN Het instellen van een PID-regelaar vergt enige theoretische kennis, gebaseerd op kennisregels. Om dat aan te tonen is bij de start van de bijeenkomst in de bestaande beluchterregeling van onze rwzi Houten een P en I ingevuld aan de hand van de datum. De bijeenkomst werd op 11 april 2012 gehouden. De P is op basis van deze datum op 4 ingesteld en de I-tijd op 11 seconden.

Er zijn verschillende methodes om een P en I in te stellen. Als het op gevoel gebeurt, is het van belang de P met kleine stapjes te verhogen totdat een acceptabele snelheid is bereikt. Voeg een hoge I-tijd toe en verlaag deze langzaam.

42

Neerslag 2012/V

6664_V09_art251_fc.indd 42

30-08-12 12:06

Om zelf aan de slag te gaan en enig gevoel te krijgen met het instellen van een P en I, hebben we aan de hand van praktijkvoorbeelden en theoretische kennisregels P- en I-waarden berekend met ‘PID tuning rules’ en daarmee ervaring opgedaan met het tankvulmodel.

Aan het eind van de sessie hebben we weer gekeken naar de ingestelde P- en I-waarden op basis van de datum van die dag (P=4 en I=11 sec). Aan de hand van de geleerde theorie konden we verklaren dat het niet de juiste instelling was en is een reëlere waarde ingevuld voor de P en I.

REACTIES Enkele reacties van deelnemers aan de masterclass PID tunen: – Omdat ik redelijk nieuw in dit wereldje ben, was dit de uitgelezen kans om meer kennis te krijgen over het regelen met een PID. – DHV liet aan de hand van een computerprogramma zien wat er met de regeling gebeurde als je de P (proportionele) actie of de I (integrerende) actie zou verhogen of verlagen. Dan pas krijg je te zien dat het erg belangrijk is dat een PID-regeling juist is ingesteld en gefinetuned.

– Deze voorlichtingsmiddag heeft mij in laten zien dat een goed werkende PIDregelaar erg belangrijk is voor het proces en de apparaten, die deze regelaar aanstuurt.

– De masterclass was erg nuttig voor mij. Ik ben nu meer te weten gekomen van de P en I actie, het finetunen hiervan en hoe je tot een basisinstelling komt.

– Positief vond ik de mix van PID-techniek toegesneden op onze zuiveringen.

– Je wordt niet overladen met informatie waar je niks mee doet, het was juist erg praktisch en meteen toepasbaar in de praktijk.

– Eén van de conclusie was, ook na een praktijkcasus, dat je niet allemaal op dezelfde waardes uitkomt en dat een regelaar ook niet met een paar uurtjes is in te regelen.

Alle deelnemers waren erg enthousiast over de inhoud en insteek van de ‘Masterclass PID tunen’. Het was een praktische ‘class’, waar iedereen zijn voordeel uit kan halen. De ingestelde PID-regelingen op de diverse rwzi’s zullen met de geleerde theorie zeker aan een kritische blik worden onderworpen.

Ronald van Leusden - zuiveringstechnicus, Richard Buitelaar -procesoperator, Paul Timmerman - procestechnoloog, Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden Neerslag 2012/V

6664_V09_art251_fc.indd 43

43

30-08-12 12:06

‘Het blijft mensenwerk’ ‘Bij invoering van centrale regie voor het zuiveringsbeheer valt of staat alles met het draagvlak op de werkvloer, centrale regie betekent verantwoordelijkheid delen.’

Een paar jaar geleden was ik in een ver groot land in Azië. Een deel van de hoofdstad had riolering en er was een rioolwaterzuivering (rwzi) ter grootte van een paar miljoen i.e. De installatie van het type voorbezinking en bellenbeluchting was 35 jaar oud, werd nauwelijks onderhouden en functioneerde slecht. De slibverwerking deed het niet en het stonk er als een oordeel, vooral ’s zomers bij 40 °C. De rivier waarop het effluent werd geloosd zat vol slib en was over een afstand van 100 kilometer dood en giftig. Op de rwzi werkten 145 mannen en vrouwen, inclusief tuinlieden, keukenpersoneel, medisch personeel en bewaking, ook wel techneuten en technologen. In drie ploegen, ook in de weekends was er personeel. Tien jaar geleden was een ander redactielid van Neerslag op dezelfde plaats en de toestand was toen ook al zo.

Er zijn waterschapsmanagers, óók sommigen met verstand van zuiveringsinstallaties, die denken dat alle rwzi’s in Nederland binnen 20 jaar worden bestuurd vanuit één centrale regiekamer en dat ze nagenoeg allemaal onbemand zullen zijn.

Met bovenstaande heb ik twee totaal verschillende voorbeelden van het bedrijven van afvalwaterzuiveringen neergezet. Volgens mij is het ene niet goed en deugt het andere niet. In Azië komt de situatie voort uit een fout systeem zonder visie en ontwikkeling. In Nederland lijken lieden met de technische mogelijkheden op hol te slaan, waarbij ze de menselijke kwaliteit en hun belangen vergeten.

Een paar dagen geleden was ik op de rwzi van Apeldoorn in de centrale regiekamer van het waterschap Vallei en Veluwe i.o. en sprak er met de procesregisseur Marco Mons over het hedendaagse zuiveringsbeheer aldaar.

Marco heeft als scheepswerktuigkundige tot twintig jaar geleden gevaren op nieuwe hektrawlers en Marco Mons daar kennisgemaakt met de toen modernste besturingstechnieken. De overgang naar het waterschap Veluwe en de zuiveringsinstallatie Harderwijk was voor hem qua techniek een stap terug. Qua stap in zijn carrière was het een goede stap: hij begon als klaarmeester/onderhoudsmedewerker, maakte als teamleider de scheiding mee tussen beheer en onderhoud en leerde tijdens de veelvuldige reorganisaties alle aspecten van de zuiveringsprocessen en -techniek kennen.

Zijn uitspraken aan het begin van dit artikel typeren zijn realistische houding ten aanzien van modernisering in het zuiveringsbeheer: nieuwe besturings- en communicatietechnieken maken heel veel mogelijk, de menselijke factor blijft nodig, ook op de zuiveringsinstallaties. Zoals gebruikelijk bij een interview begin ik ons gesprek met de wat-, wie-, waar- en waaromvragen, dus: 44

Neerslag 2012/V

6664_V10_art257_fc.indd 44

30-08-12 12:06

„Marco, procesregisseur, wat kun je hier op de centrale regiekamer allemaal doen?” „Op afstand alle rwzi’s en gemalen van het waterschap Vallei en Veluwe besturen.

Maar we doen het niet. De eindverantwoordelijkheid voor het product ligt hier. De basisprocesvoering ligt bij de zuiveringstechnici op de installaties. Zij draaien mede aan de knoppen, zij zijn verantwoordelijk voor de dagelijkse bedrijfsvoering en de juiste procesgegevens. Hiërarchisch vallen zij onder hun leidinggevenden, de teamleiders, deze zijn ook verantwoordelijk voor de begroting. Wij in de centrale regiekamer controleren en optimaliseren het geheel en maken de rapportages, hebben de contacten met de handhavers, en regelen de slibtransporten en de energieafzet.

Onze operators hebben altijd nauw contact met de klaarmeesters, ze gaan regelmatig naar de installaties toe om zo nodig veranderingen in het proces te bespreken”. „Waarom moest het anders?” „Aanleiding is de visie geweest ten aanzien van vergaande onbemande rwzi’s, de voortgaande complexiteit van de processen, de technische mogelijkheden en de wens om beter overzicht van de resultaten te hebben én minder noodzaak om hoogopgeleiden op de rwzi’s te hebben.” „Hoe gaat het in de praktijk?” „Het systeem draait vanaf 2010. Het functioneert in samenwerking met de zuiveringstechnici. Het is een groeiproces, waarin we nog het een en ander moeten implementeren. Het gaf eerst wel onrust, ook omdat het samenviel met de voorbereiding van de fusie van de twee waterschappen.” „Wat betekent het voor de medewerkers op de zuiveringsinstallaties?” „De klaarmeester/zuiveringstechnicus maakt steeds meer plaats voor techniek op afstand, er komt meer scheiding tussen taak en verantwoordelijkheid. Dat wordt soms als bedreiging gezien, maar biedt ook kansen, zoals bijvoorbeeld doorgroeimogelijkheden. Wij worden ook gezien als kenniscentrum en back-up voor de zuiveringstechnici op de rwzi’s. Dat geeft bij praktijkproblemen ook vertrouwen, dat is ook gedeelde verantwoordelijkheid.” „Wat betekent het voor jou?” „Dat ik binnen de regiekamer vijf procesoperators aanstuur en nauw samenwerk met de daar aanwezige technologen, met alles wat bij die functie hoort. Binnen de afdeling Beheer Waterketen heb ik tevens de rol van procesmanager.” „Welke kennis blijft nodig op de rwzi?” „Op de installaties zullen altijd middelbaar opgeleide medewerkers nodig blijven met UTAZ- en P&N-opleidingen. Ze zullen de processen moeten kunnen begrijpen, metingen doen en de meetresultaten interpreteren. Ze zullen de installaties moeten kennen om een belangrijke rol te kunnen spelen als er onderhoud gedaan wordt.”

Het was een prettig gesprek, duurde twee uur en ging over nog veel meer dan wat in dit artikel is opgetekend. Marco, bedankt.

Herman Letteboer, redactie Neerslag.

Neerslag 2012/V

6664_V10_art257_fc.indd 45

45

30-08-12 12:06

Op basis van de niveaus en vulling van alle ontwaterdslibsilo’s en ingedikt slibbuffers:

Verbeteren van sliblogistiek en -transport De achttien rioolwaterzuiveringinstallaties (rwzi’s) van Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK) produceren surplusslib met een drogestofgehalte van 2-3%.

Dit slib wordt op de rwzi’s mechanisch ontwaterd met zeefbandpersen en centrifuges.

Hierdoor neemt het drogestofgehalte toe tot circa 21%. Dit steekvaste slib wordt opgeslagen in slibsilo’s en vervolgens per vrachtwagen getransporteerd naar de slibdrooginstallatie (SDI) in Beverwijk.

De SDI is een thermische slibdrooginstallatie, waar het ontwaterd slib in volume verder wordt gereduceerd tot droog granulaat met 92% droge stof. Jaarlijks gaat het om circa 100.000 ton slib.

Het slib wordt op de SDI gestort in bunkers, vanwaar het met speciale pompen wordt Ontwaterdslibsilo’s rwzi Geestmeramgetransporteerd naar vier buffersilo’s, met bacht. elk een opslagcapaciteit van 280 m³. Twee droogstraten met elk een wervelbeddroger zorgen voor de productie van 1.500 kg granulaat per uur.

Bij de kleine rwzi’s, die geen eigen slibontwatering hebben, wordt het door gravitatie ingedikte slib opgeslagen in slibbuffertanks en vervolgens per vrachtwagen naar de dichtstbijzijnde rwzi met slibontwatering gebracht.

Op de rioolwaterzuiveringen worden de slibniveaus van de ontwaterdslibsilo’s en ingediktslibbuffers weergegeven via de procesautomatisering SattLine. De procesautomatisering van de SDI is ook uitgerust met SattLine. Deze SattLine-systemen kunnen onderling, via het HHNK-intranet, berichten verzenden. De interval van de berichten is een kwartier. Op de beeldschermbediening van de SDI zijn zo alle actuele gegevens over slibhoeveelheden beschikbaar.

De wens van beheer SDI én de slibtransporteur was, om deze gegevens ook op het kantoor van de transporteur op eenvoudige wijze inzichtelijk te krijgen.

Gekozen is om aan het SattLine-systeem een Tbox via een seriële dataverbinding te koppelen. Tbox RTU (Remote Terminal Unit) is een ‘open’ besturingssysteem met geïntegreerde webserver en GSM-GPRS modem. De webserver zorgt dat de data voor visualisatie online beschikbaar zijn. De slibtransporteur kan 46

Neerslag 2012/V

6664_V11_art259_fc.indd 46

30-08-12 12:06

met een standaardbrowser de internetpagina’s opvragen en is zo altijd voorzien van actuele gegevens.

Doordat Tbox niet aan het intranet is gekoppeld, maar direct aan het internet via het draadloze modem, is de HHNK-netwerkbeveiliging gewaarborgd.

Tbox heeft een interne datalogger waarin de slibhoeveelheden worden opgeslagen. Deze historische gegevens kunnen middels trendgrafieken worden weergegeven.

Hiermee kunnen per regio prognoses worden vastgesteld en zijn tevens de transportbewegingen vastgelegd.

Boven: figuur 1 Op de beeldschermbediening van de SDI zijn alle actuele gegevens over slibhoeveelheden beschikbaar.

Onder: figuur 2 Trending slibvoorraad in de vier ontwaterdslibsilo’s van de twee rwzi’s in de regio Geestmerambacht.

Door het inzichtelijk maken van de actuele slibhoeveelheden voor de transporteur, kan deze zelf zijn ritten plannen en afstemmen op overige activiteiten. Dit bespaart veel telefoontjes en dus tijd voor de transporteur en beheerders van de rioolwaterzuiveringen.

Telefonische afstemming vindt alleen nog maar plaats tussen slibtransporteur en beheer SDI als door een calamiteit de slibsiloniveaus te hoog dreigen te worden. Beheer SDI en transporteur bepalen dan samen de prioriteit op basis van actuele gegevens. Het uitvallen van ontwateringinstallaties door te volle silo’s wordt hierdoor geminimaliseerd.

Ruud van Langen Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier Neerslag 2012/V

6664_V11_art259_fc.indd 47

47

30-08-12 12:06

Gemeenten en waterschap willen samen meten, samen sturen:

‘Samen krijgen we grip op waterstromen!’

Tijdens hevige regenval in gemeente X met een druk op de knop relatief schoon water via een overstort lozen op ecologisch minder kwetsbaar oppervlaktewater. Gelijktijdig het vieze afvalwater in gemeente Y voorrang verlenen op weg naar een rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi). Bij overmacht de besturing van een gemaal van elkaar overnemen. Storingen gezamenlijk signaleren en oplossen.

En zo in één klap zowel droge voeten als de waterkwaliteit nu, maar zeker in de toekomst, borgen. Gemeenten Haaren, Nuenen en Oisterwijk denken samen met Waterschap De Dommel dat dit – én meer – te realiseren is door met één systeem te gaan werken voor de monitoring en besturing van de afvalwaterketen. ‘Samen krijgen we grip op waterstromen. Daar zijn wij van overtuigd!’

Gemeenten en waterschappen hebben van oudsher ieder hun eigen telemetriesysteem. Deze ooit vanzelfsprekende scheiding is vandaag de dag onderwerp van gesprek tussen de twee overheidslagen. Na een jarenlange verkenningsperiode is één gezamenlijk gedragen visie ontstaan op het operationeel beheer van de afvalwaterketen: „Wil je grip krijgen en beter kunnen inspelen op bepaalde omstandigheden, dan heb je een totaalbeeld nodig van de afvalwaterketen. Hiervoor moet je vanuit één systeem de informatie van zowel de gemeentelijke als de waterschapsinstallaties, die betrokken zijn bij het inzamelen en transporteren van afvalwater, kunnen raadplegen en aansturen. Dit lukt alleen wanneer we onze afzonderlijke metingen, gemalen en randvoorzieningen onderbrengen in één systeem, waarmee je ook de operationele besturing regelt,” aldus Frans Veeke van gemeente Oisterwijk. „Ik zou overigens graag de toevoeging ‘afval’ van dit woord afhalen. Wat wij willen heeft namelijk ook effect op het watersysteem!” Leon Classen van gemeente Nuenen knikt instemmend: „Precies, de optimalisatie van de afvalwaterketen heeft als direct gevolg dat ook de waternatuur (het oppervlaktewater- en grondwatersysteem) profiteert.”

LANGE HISTORIE De weg naar het hier tentoongespreide kennisniveau van de gemeentelijke vertegenwoordigers was een proces van jaren, dat zijn oorsprong vindt in een initiatief van Waterschap De Dommel, ruim tien jaar geleden: „In 2001, lang voor de landelijke uitwerking voor samenwerking in Doelmatig Waterbeheer en de latere Bestuursakkoorden (Afval)Water, benaderde het waterschap gemeente Haaren en gemeente Oisterwijk met het plan te gaan samenwerken in het afvalwatersysteem,” vertelt Jeroen van Baren namens gemeente Haaren. „Met de wetenschap 48

Neerslag 2012/V

6664_V12_art261_fc.indd 48

30-08-12 12:05

van nu vind ik dat wij echt mazzel hebben met zo’n vooruitstrevend waterschap als De Dommel. In die tijd voelden we echter vooral weerstand; ‘big brother’ kwam de gemeenten weer iets opdragen.” Veeke: „Dit gevoel kwam deels voort uit onze onwetendheid, maar had daarnaast vooral te maken met de manier waarop het waterschap met ons communiceerde - zeer gericht op zenden.” Het waterschap, dat deze weerstand duidelijk voelde, ging in gesprek met de eigen organisatie om te kijken hoe het beter kon aansluiten op de ‘couleur locale’. Met als uitgangspunt samenwerking op basis van gelijkwaardigheid lukte het langzaam maar zeker de toon van de overleggen te veranderen. „Het waterschap werd menselijker,” verwoordt Veeke zijn gevoel. „En dat leidde weer tot vertrouwen, met als eerste gezamenlijk resultaat in 2005 de oplevering van de OAS – Optimalisatie van het Afvalwater Systeem – gevolgd door de ondertekening van het Afvalwaterakkoord Cluster Haaren in 2006,” vult Van Baren enthousiast aan.

VERLOST VAN DE HOOFDPIJNPOST

Technisch is het systeem open. Dat wil zeggen dat met alle onderstations gecommuniceerd kan worden. Het is dus niet nodig om de gemaalcomputers en dergelijke te vervangen voor de afschrijvingstermijn.

Tijdens het opstellen van een gezamenlijk meetplan in de riolering – één van de afspraken uit het Afvalwaterakkoord – ontstond het idee om ook een gezamenlijke hoofdpost op te richten. „Hoofdpijnpost, zo noemden wij dit,” lacht Van Baren. „Je hebt het nodig om je installaties te monitoren, maar het kost voor een kleine gemeente als de onze onevenredig veel tijd en energie. Een gezamenlijke hoofdpost leek ons een uitkomst. Qua tijd, maar ook qua kosten.”

Als gemeente Nuenen tijdens een overleg van Cluster Eindhoven hoort van dit plan is er direct interesse om aan te schuiven, vertelt Classen: „Onze hoofdpost had net het loodje gelegd. Dit was dé kans om met minimale kosten een maximaal resultaat te bereiken.”

SAMEN MOTIVEREN! Als ik ’s ochtends naar Boxtel rijd, kijk ik voordat ik de randweg ’s-Hertogenbosch nader, even op mijn mobiel met het filekaartje van die omgeving met de actuele snelheid per kilometer. Zo bepaal ik of ik binnendoor zal rijden of achteraansluit.

Deze informatie is niet alleen voor mij als automobilist handig, maar voor de wegenbeheerders die als taak hebben de files op te lossen nog veel meer. De ‘riool-file-informatie’ werkt ongeveer net zo. Het geeft inzicht in het totale stelsel en zal gebruikt worden door de locale en regionale beheerders. Op ad hoc basis zal er bij een flinke bui door de rioleurs van de gemeenten gekeken worden of alles goed draait en er voldoende wordt afgevoerd. Aan de ‘andere’ kant zal door de rwzi-beheerders gekeNeerslag 2012/V

6664_V12_art261_fc.indd 49

49

30-08-12 12:05

ken worden wat er op hen afkomt en of ze actie moeten ondernemen. Dit kan een belletje zijn naar een gemeente om even iets op te houden of een overstort op een strategisch punt forceren, zodat schoon regenwater overstort in plaats van vuil water ergens anders in het stelsel. Op strategisch niveau zal deze ‘fileinformatie’ knelpunten inzichtelijk maken. Het effect van de maatregelen die nodig zijn om dit knelpunt op te lossen, kunnen met behulp van een gevalideerd riolerings- en/of rwzi-model in beeld worden gebracht. Hiermee wordt feitelijk een onderbouwing gegeven van het nut en de noodzaak van de investeringen.

SAMEN BEHEREN! De gezamenlijke hoofdpost moet minimaal voldoen aan de huidige wensen en eisen op het vlak van beheer van rioolinstallaties en in die zin geen inbreuk zijn op de autonomie van een gemeente en/of waterschap. De gezamenlijke hoofdpost moet het ook makkelijker maken om in de toekomst de stap te maken naar een meer gezamenlijk en op elkaar afgestemd beheer. Denk hierbij aan het tijdelijk machtigen van een collega van de buurgemeente, die tijdens vakantieperiodes een oogje in het zeil houdt, of het organiseren van een gezamenlijke storingsdienst van gemeenten en waterschap over een groter aanvoergebied.

SAMEN LEREN EN KENNISDELEN! Een ander groot voordeel is de kennisbasis en operationele kennis bij de verschillende gebruikers. De rioleurs bij een gemeente zijn in aantal fte een bijzonder kleine club. Als zij allemaal gebruik maken van verschillende hoofdposten blijven het redelijk geïsoleerde eilanden. De hoofdpost is te zien als een verbindingsbrug. Het biedt de mogelijkheid om via gebruikersgroepen en onderling kennis uit te wisselen en praktische zaken te bespreken. Daar komt nog bij dat we via de centrale hoofdpost ook regionaal met dezelfde uniforme standaarden gaan werken. Dit geeft weer voordelen op het vlak van datavalidatie, het uitwisselen van neerslaginformatie en grondwatergegevens.

SAMEN DE TOEKOMST VORMGEVEN! Belangrijke voorwaarde voor de gezamenlijke hoofdpost is dat deze toekomstbestendig moet zijn. Vanuit onze visie moet de gezamenlijke hoofdpost daarom voor een langere periode beschikbaar zijn en zodanig open dat het op termijn mogelijk moet zijn om RealTimeControl-(RTC)-achtige toepassingen uit te rollen op het niveau van een aanvoergebied van een rwzi. Voordat we zover zijn moeten we uiteraard wel de kennis hebben opgebouwd over de werking van de totale afvalwaterketen en het vertrouwen hebben dat we hierover met elkaar goede en verantwoorde afspraken kunnen maken.

DIT PLAN IS REALISEERBAAR! Medio 2010 startten de drie gemeenten en Waterschap De Dommel samen een pilot met een gehuurde gezamenlijke hoofdpost. Een leerzame ervaring, die 50

Neerslag 2012/V

6664_V12_art261_fc.indd 50

30-08-12 12:05

de partijen nog dichter bij elkaar bracht.

Henri van Wylick, senior adviseur waterketen bij Waterschap De Dommel – de contactpersoon met de drie gemeenten in dit samenwerkingsverband: „De leveranciers van onze meetsystemen hadden de boel zodanig dichtgetimmerd, dat het aanvankelijk onmogelijk was om gegevens uit te wisselen. Na de nodige druk van de gemeenten hebben ze op enig moment toch hun broncodes vrijgegeven. Het functioneert nog steeds niet optimaal, maar we doen toch veel ervaring op door naar elkaars gegevens te kijken.” Op 13 oktober 2011 verankerden de samenwerkingspartners hun visie op water in een intentieverklaring om de haalbaarheid van een gezamenlijk systeem voor de Monitoring en Besturing van de Afvalwaterketen (MBA) te onderzoeken. Medio november dat jaar bracht een drie dagen durende marktconsultatie hen de overtuiging dat dit plan 100% zeker binnen nu en anderhalf jaar realiseerbaar is.

Veeke, Van Wylick, Classen en Van Baren: „Wij hebben leverancier-onafhankelijk draaiende systemen gezien, die 24/7, vanaf iedere plek, veilig te raadplegen en te besturen zijn, en daardoor volledig anticiperen op wat gemeenten én waterschap de komende tien jaar nodig hebben. We wisten niet dat er zoveel variatie bestond, in mogelijkheden én in prijs.”

UNIEKE SITUATIE „Wanneer wij een ‘go’ krijgen van onze besturen gaan wij iets doen, dat uniek is voor Nederland. Wij gaan gezamenlijk een toekomstbestendig telemetriesysteem aanschaffen én beheren. Met goede afspraken over de bevoegdheden, de organisatie en met behoud van eenieders autonomie! Inmiddels hebben zich al enkele belangstellende gemeenten gemeld, die ook willen aansluiten. Langs deze weg roepen we dan ook de gemeenten in de regio op om zich snel bij dit innovatieve initiatief aan te sluiten. Dan kunnen we met minimale maatschappelijke kosten, maximale maatschappelijke waterdoelen bereiken!” Op dit moment schrijft het samenwerkingsverband het advies voor de besturen en is de voorbereiding van de aanbestedingsprocedure in volle gang. Bij een bestuurlijke ‘go’, start de aanbestedingsprocedure. Medio 2013 moet het telemetriesysteem draaien.

Kijk voor meer informatie over MBA op www.dommel.nl of mail naar projectleider MBA: rpeeters@dommel.nl Jeroen van Baren, gemeente Haaren Leon Classen, gemeente Nuenen Ruud Peeters, Waterschap De Dommel Frans Veeke, gemeente Oisterwijk Henri van Wylick, Waterschap De Dommel Neerslag 2012/V

6664_V12_art261_fc.indd 51

51

30-08-12 12:05

Succesvolle voorspellende regeling voor drinkwatersystemen DHV heeft in nauwe samenwerking met een aantal Nederlandse waterleidingbedrijven een slimme regeling voor de besturing van drinkwatersystemen ontwikkeld: genaamd OPIR. De kern van de regeling is een voorspelling van het waterverbruik voor de komende 48 uur. Op basis van deze voorspelling doet OPIR de ‘hoeveelheidsturing’ van de drinkwatersystemen: OPIR stuurt het zuiveringdebiet van drinkwaterzuiveringen, en het inname- en distributiedebiet van reservoirs. OPIR wordt ook wel ingezet voor de regeling van de druk, door het aansturen van distributiepompen door middel van een debiet- of druksetpoint.

De OPIR-software draait op een Windows-computer, die is verbonden met automatiseringsnetwerk van het drinkwatersysteem. De software leest real-time data (debiet- en drukmetingen, niveaumetingen), doet zijn berekeningen, en stuurt setpoints naar de installatie. OPIR wordt momenteel door zeven van de tien waterleidingbedrijven gebruikt, en voorspelt en regelt het drinkwaterverbruik van vijf miljoen Nederlanders.

VOORSPELLEN DRINKWATERVERBRUIK ‘Voorspellen is moeilijk, vooral als het de toekomst betreft’ is een beroemde uitspraak van de 19de-eeuwse schrijver Mark Twain. Hoewel dit in het algemeen natuurlijk waar is, valt dat voor het voorspellen van het waterverbruik voor de komende 48 uur erg mee. Het waterverbruik wordt voor het grootste deel bepaald door terugkerende menselijke leefpatronen: opstaan, douchen, tandenpoetsen, werken, eten koken, douchen, slapen. Dit leefpatroon is zeer duidelijk terug te zien in de drinkwaterverbruikspatronen. Zo heeft elke dag van de week een eigen verbruikspatroon, waarbij natuurlijk vooral de patronen op zaterdag en zondag afwijken van de patronen op de andere dagen van de week.

Op vooraf bekende dagen wijken de mensen af van hun normale leefpatronen.

Dit zijn dagen zoals nieuwjaarsdag (resulterend in een ongebruikelijk hoog waterverbruik tussen 00:00 en 03:00 uur ’s nachts, en een zeer verlate start van het ochtendverbruik), of doordeweekse dagen van basisschoolvakanties (een beperkte verlate start van het ochtendverbruik). De normale verbruikspatronen hebben een sterk herhalend karakter, en ook de afwijkingen van de normale patronen herhalen zichzelf op van te voren bekende dagen. Dit herhalende karakter van het drinkwaterverbruik maakt het voorspellen relatief eenvoudig. De verbruiksvoorspelling van OPIR maakt gebruik van deze eigenschap van waterverbruik: OPIR bouwt automatisch een bibliotheek op met verbruikspatronen op basis van het gemeten verbruik, en gebruikt deze bibliotheek bij het voorspellen van toekomstig verbruik. Geheel zelflerend.

52

Neerslag 2012/V

6664_V13_art262_fc.indd 52

30-08-12 12:05

Voorbeeld drinkwaterverbruik van één jaar in 5-minuten data (Almere, 2011). De grafiek bevat 365 lijnen, één voor elke dag van het jaar. Elke dag van de week (maandag, dinsdag, woensdag, et cetera) heeft een eigen kleur. Opvallend zijn de afwijkende patronen op zaterdag (groen) en zondag (rood).

OPIR: VOORSPELLENDE REGELING DRINKWATERSTURING Bij de hoeveelheidsturing van drinkwatersystemen staat het benutten van de ‘buffers’ van het systeem (reinwaterkelders en/of -reservoirs) centraal. De buffers kunnen worden benut om dag/nacht-variaties in het drinkwaterverbruik af te vlakken, of om relatief méér water te verpompen of te zuiveren als de energie goedkoper is.

Van oudsher werd de hoeveelheidsturing van drinkwatersystemen gedaan met eenvoudige niveauregelingen in de PLC. De regeling houdt in dat de productie wordt verhoogd of meer pompen worden ingeschakeld, naarmate het niveau in het reservoir daalt; de productie wordt verlaagd of pompen worden uitgeschakeld naarmate het niveau stijgt. Hoewel deze regeling er wel voor zorgt dat het reservoir niet overloopt of leegstroomt, is de regeling verre van optimaal: het zuiveringsdebiet of pompdebiet varieert sterk en in de uren dat energie goedkoper is (in de nacht) wordt het debiet verlaagd. De voorspellende regeling van OPIR presteert hierin beter. Doordat de regeling weet hoeveel water uit het reservoir zal stromen (voorspelling van het verbruik), kan de regeling voor de nabije toekomst berekenen hoeveel water geproduceerd moet worden om het niveau in het reservoir tussen een ingestelde onder- en bovengrens te houden. De regeling kiest hierbij het meest constante debiet (beter voor de waterkwaliteit) of juist het debietverloop met de laagste energiekosten (beter voor de kosten), afhankelijk van de keuze van het waterleidingbedrijf.

Neerslag 2012/V

6664_V13_art262_fc.indd 53

53

30-08-12 12:05

Verschil tussen conventionele niveauregeling (boven) en voorspellende regeling (onder).

Onderzoek bij vijf drinkwatersystemen naar de verschillen tussen conventionele niveauregeling en voorspellende regeling heeft uitgewezen dat met de voorspellende regeling het energieverbruik gemiddeld 3% lager is en de energiekosten 5% lager. Dit resulteert in een gemiddelde terugverdientijd van 3-5 jaar. Daarnaast is ook de drinkwaterkwaliteit beter bij toepassing van een voorspellende regeling. Door gelijkmatiger te zuiveren presteert de zuivering beter en is de troebelheid gemiddeld 20% lager.

Web-based schermafdrukken van OPIR 54

Neerslag 2012/V

6664_V13_art262_fc.indd 54

30-08-12 12:05

KOUDWATERVREES BIJ IMPLEMENTATIES De ervaring leert dat operators meestal niet staan te springen om hun vertrouwde niveauregeling in te ruilen voor een voorspellende regeling. De operators zijn vaak bang dat de vraagvoorspelling (te) onnauwkeurig is voor hun gebied, en dat de regeling te laat reageert op een dalend niveau in het reservoir.

Bij de implementatie wordt daarom veel aandacht besteed aan de opleiding van de operators, zodat zij begrijpen hoe de software voorspelt en hoe de software het niveau in het reservoir regelt. Ook blijft bij de implementatie de bestaande niveauregeling als back-up beschikbaar, zodat de operator altijd kan teruggrijpen op de oude situatie. Na de opleiding wordt de voorspellende regeling (geleidelijk) in bedrijf gesteld. De operators zien dan met eigen ogen, hoe de software het waterverbruik van hun drinkwatersysteem voorspelt en hoe de software de zuivering(en) en pompen stabiel en voorspelbaar regelt. Als de operators eenmaal gewend zijn aan de nieuwe regeling, willen zij meestal niet meer terug naar de oude regeling, en wordt een hoge beschikbaarheid zeer belangrijk gevonden.

Eén van de operators heeft zelfs verklaard ‘liever een dag zijn vrouw kwijt te zijn dan OPIR’.

OPIR IN HET BUITENLAND Na een aantal implementaties in Nederland is OPIR ook geïmplementeerd bij verschillende drinkwatersystemen in het buitenland, in België, Canada, Portugal en Polen. Het is verrassend om te merken dat de methodiek van voorspellen van de drinkwatervraag, ontwikkeld voor de Nederlandse situatie, ook goed werkt voor de voorspelling van drinkwaterverbruik in het buitenland. Wel zijn de uitdagingen in de optimale besturing van de systemen in het buitenland soms anders.

Waar in Nederland de waterkwaliteit vaak het belangrijkst is (gelijkmatig zuiveren), ligt de uitdaging in het buitenland vaak meer op het gebied van optimaal benutten van hoogteverschillen (volpompen van hoogreservoirs als de energie goedkoop is) en minimalisatie van de druk (om het lekverlies te beperken).

Bredere toepassing van de software leidt tot steeds uitgebreidere functionaliteit.

Dit zorgt ervoor dat toepassingsmogelijkheden steeds groter worden, en dat de meerwaarde van het gebruik ook steeds groter wordt.

TOT SLOT OPIR is een mooi voorbeeld hoe vanuit de samenwerking tussen een adviesbureau en de Nederlandse drinkwatersector een product is ontstaan, dat in Nederland grote meerwaarde levert, en dat nu furore maakt in het buitenland. Een mooi stukje Hollands glorie waar we trots op mogen zijn.

Martijn Bakker, Royal HaskoningDHV

Neerslag 2012/V

6664_V13_art262_fc.indd 55

55

30-08-12 12:05

Integraal sturen in de Hoeksche Waard

Slimmer sturen verbetert waterkwaliteit Traditioneel is het in de bemalingsgebieden van afvalwatersystemen ‘ieder voor zich’. Zodra afvalwater en regenwater uit een gebied via het riool de gemaalpompkelders bereikt, stijgt de waterstand en slaan de rioolgemalen automatisch aan.

Sommige gemalen pompen het afvalwater dan direct richting zuivering, andere door via benedenstroomse gebieden. Deze aanpak werkt in die zin goed dat uiteindelijk het afvalwater keurig naar de zuivering wordt getransporteerd. Maar tijdens meer extreme situaties is dit type sturing niet optimaal. Zie daar de kracht van centrale of integrale sturing! Vanuit een overzicht over alle bemalingsgebieden van het afvalwatersysteem kan de vulling van individuele bemalingsgebieden zodanig kan worden beïnvloed dat knelpunt-gebieden (waar bijvoorbeeld overstorting dreigt) zoveel mogelijk worden ontzien.

Het leuke van centrale sturing is dat het weinig uitmaakt of de knelpunten vooraf bekend zijn (zoals bij bemalingsgebeiden met relatief geringe berging of pompcapaciteit) of dat knelpunten plotseling optreden, zoals bij storingen in pompen of bij calamiteiten. Het werkt in beide gevallen.

Slimme centrale sturingsregels houden ‘vanzelf’ rekening met dit soort situaties. De zogenaamde integrale sturing in het afvalwatersysteem van de Hoeksche Waard (ISA Hoeksche Waard) bevat dergelijke sturingsregels. Maar voordat we daar verder op ingaan eerst meer achtergrond.

DOEL PROJECT Het doel van het onderzoeksproject ISA Hoeksche Waard is het verbeteren van de doelmatigheid in de afvalwaterketen door samenwerking en slimmer sturen.

Bepalend voor die doelen zijn de waterkwaliteitseisen vanuit de Kader Richtlijn Water en het Bestuursakkoord Waterketen 2007 dat vooral samenwerking en technische innovatie beoogt. Voor het implementeren van een centrale sturing is een informatiesysteem nodig dat zorgt voor het inwinnen en beschikbaar maken van informatie, niet alleen voor de sturingsregels in de regelaar maar ook voor de onderstations die de berekende sturingsacties moeten uitvoeren. Daarom zijn sturingsprojecten vaak omvangrijk: niet alleen de sturingsconcepten gaan op de schop, vaak moeten ook de bestaande informatiestromen opnieuw worden vormgegeven.

PARTNERS IN ONDERZOEK Het veelomvattende project als ISA Hoeksche Waard wordt daarom niet door het waterschap en de betrokken gemeenten (Binnenmaas, Cromstrijen, Koren56

Neerslag 2012/IV

6664_V14_art264_(246)_fc.indd 56

30-08-12 12:04

dijk, Oud-Beijerland en Strijen) alleen uitgevoerd. De beheerders benaderde zowel Deltares als de TU Delft voor samenwerking vanwege hun kennis op het gebied van waterinformatiesystemen en Real Time Control. Deltares ontwikkelt momenteel samen met het adviesbureau Nelen en Schuurmans en een aantal andere partijen het Control NEXT systeem, een modulair informatie- en sturingssysteem dat afhankelijk van het sturingsvraagstuk wordt opgebouwd uit verschillende elementen. Deze elementen hebben zich afzonderlijk (of in combinatie) reeds in de praktijk bewezen. Control NEXT is daarmee niet een nieuw product maar een nieuw platform.

Uiteindelijk werd een onderzoeksproject gecreëerd met een omvang van 2.9 miljoen euro, waarvan euro 1.7 miljoen gesubsidieerd uit het Innovatieprogramma Kaderrichtlijn Water van het ministerie van Infrastructuur en Milieu. Het startte 1 september 2009 en loopt tot 31 oktober 2012.

SYSTEEM HOEKSCHE WAARD

Figuur 1: Afvalwatersysteem van de Hoeksche Waard.

Figuur 1 toont het afvalwatersysteem Hoeksche Waard.

De Hoeksche Waard bestaat uit 324 km2 oppervlakte. Het afvalwater wordt gezuiverd door 5 rioolwaterzuiveringsinrichtingen (rwzi’s). Het afvalwater wordt getransporteerd door 26 gemalen van het waterschap en 85 gemalen van de gemeenten. De rioolstelsels van de gemeenten hebben in totaal 115 overstorten vanuit het gemengde stelsel.

AANPAK Om een vliegende start te maken met het project zijn we direct begonnen om via workshops per deelsysteem (gemeente) de kansen en knelpunten voor integrale sturing in kaart te brengen. De informatie vormde de basis van de meetplannen die zijn opgesteld en van de ontwikkeling van het Control NEXT systeem dat vanuit de diverse deelgebieden is opgebouwd. Per deelgebied (ook pilot genoemd) is: – een upgrade voor het meetsysteem toegepast – het huidige functioneren geanalyseerd – een sturingsplan opgesteld met daarin de sturingsregels – een informatiesysteem opgezet – het informatie- en sturingssysteem geïmplementeerd – het geheel in de praktijk getest.

Neerslag 2012/IV

6664_V14_art264_(246)_fc.indd 57

57

30-08-12 12:05

BEGIN BIJ HET BEGIN: METEN Eén van de belangrijkste en tijdrovende elementen van een sturingsproject is het opzetten van een goed functionerend meetnetwerk. Het controleren van bestaande meetinstrumenten en het uitbreiden van het meetnet met nieuwe locaties bestreek dan ook vrijwel geheel 2010. Gestart werd met het inventariseren en opnieuw ijken van de meetinstrumenten in de bestaande installaties. Daarbij werd ook de software in de gemalen aangepast. Alle bestaande hoofdposten van de gemeenten (ITT-Aquaview) zijn omgebouwd naar Aquaview++ van ITT dat hoogfrequent gegevens kan uitwisselen met het centrale Control NEXT informatiesysteem (gebouwd met Delft-FEWS) en stuursignalen kan ontvangen. Vervolgens zijn op basis van een analyse van de huidige knelpunten aanvullende meetpunten en meetparameters geïdentificeerd en ingericht. Tabel 1 geeft een overzicht van de aantallen en type meetinstrumenten binnen het project.

Tabel 1: Aantallen en typen meetinstrumenten binnen ISA Hoeksche Waard Type Bestaande niveaumeters op rioolgemalen Bestaande niveaumeters in bergbezinkbassins Nieuwe niveaumeters bij overstorten en inspectieputten Nieuwe zuurstof- en troebelheidsmeters in oppervlaktewater Nieuwe slibspiegel- en troebelheidsmeters en de influentmeter op rioolwaterzuiveringen Nieuwe neerslagmeter

Aantal 96 22 39 3 5 1

Om de effecten van de sturing op de waterkwaliteit te kunnen meten zijn ook nieuwe zuurstof- en troebelheidsmeters in de aanwezige KRW waterlichamen geplaatst. De reguliere monitoring van waterkwaliteit en ecologie is geïntensiveerd, zowel in meetfrequentie (naar tweewekelijks) als in ruimtelijke dichtheid.

Bij de rwzi’s Strijen en Piershil is een influent-, een slibspiegel- en troebelheidsmeter geplaatst, zodat kan worden geanalyseerd wat het effect is van bepaalde aanvoerstrategieën op het zuiveringsrendement en de operationele kosten.

ANALYSE HUIDIG FUNCTIONEREN Het huidige functioneren is vastgesteld aan de hand van 1) de analyse van meetgegevens, 2) de vergelijking met modelresultaten en 3) inspecties in het veld. De meetwaarden zijn beoordeeld en onder andere vergeleken met modelberekeningen om te achterhalen hoe de rioolstelsels daadwerkelijk functioneren.

Er zijn veel overeenkomsten tussen de modellen en de werkelijkheid, maar er worden ook verschillen geconstateerd. De exercitie heeft ondermeer de volgende zaken opgeleverd: – Foutaansluitingen geconstateerd Diverse gescheiden rioolstelsels (regenwater en vuil water zijn apart) blijken in de praktijk niet helemaal gescheiden te zijn als gevolg van foute aansluitingen.

Dit heeft als gevolg dat ongezuiverd afvalwater op het oppervlaktewater terecht komt of dat er relatief schoon regenwater gezuiverd moet worden.

58

Neerslag 2012/IV

6664_V14_art264_(246)_fc.indd 58

30-08-12 12:05

– Suboptimale in- en uitslagpeilen Op een aantal plaatsen zijn in- en uitslagpeil van een eindgemaal verkeerd ingesteld. Hierdoor wordt de berging in de riolering niet optimaal benut.

– Lekkende BBB’s Door de metingen zijn lekkages ontdekt van bergbezinkbassins. Hierdoor lekt grond en/of rioolwater in de bergbezinkbassins, waardoor deze vrijwel continue leeggepompt moeten worden.

– Te lage overstortdrempels Veel overstortdrempels zijn te laag, hierdoor wordt de berging niet optimaal benut; De hoogte van aantal drempels zijn t.o.v. het oppervlaktewater kritisch, hierdoor ontstaan regelmatig negatieve overstortingen. Dit betekent dat oppervlaktewater het riool instroomt; – Slecht afgestemde gemaalcapaciteiten Capaciteiten van gemalen zijn niet goed op elkaar afgestemd tussen waterschap en gemeente. Hierdoor worden sommige rioleringsgebieden overbelast, terwijl in andere gebieden de berging niet optimaal wordt benut.

Door het oplossen van deze knelpunten wordt al met lage kosten een grote winst behaald in het verminderen van overstorthoeveelheden en het terugdringen van rioolvreemd water. Een deel van de maatregelen hebben we gelijk tijdens het project uitgevoerd en een deel moet de komende jaren worden uitgevoerd en gemonitord.

STURINGSPLAN De centrale sturing is gebaseerd op het sturingsalgoritme van Composer. In dit algoritme wordt tijdens neerslagsituaties op basis van een vooraf vastgestelde vullingsverdeling de optimale gemaalinzet bepaald onder de geldende technische randvoorwaarden. De regelaar maakt hierbij gebruik van een mathematische optimalisatie die iedere tijdstap wordt uitgevoerd. De regelaar Composer vormt onderdeel van de Control NEXT toolbox. Binnen Control NEXT draait voor iedere deelsysteem een speciaal afgestemde regelaar.

Bij deze afstemming wordt de gewenste vullingsverdeling bepaald en vastgelegd in de parameters van Composer. Deze instelling van Composer hangt niet alleen af van de opbouw van het deelsysteem maar ook van de specifieke doelstellingen van de sturing. Het ‘hoge’ doel: de verbetering van de waterkwaliteit wordt daarbij vertaald in een aantal subdoelstellingen op het gebied van technische innovatie en organisatie, zoals: – Emissiereductie vanuit de afvalwaterketen – Realiseren van een integraal gestuurde afvalwaterketen – Sturing van zowel het afvalwatersysteem als het watersysteem voor zover dit laatste systeem van invloed is op de waterkwaliteit.

– Doelmatigheidsverbetering op het gebied van kosten, energie en arbeid; – Mogelijk maken van maatwerk op het gebied van verbeteringsmaatregelen door een groter inzicht in de werking van het systeem.

Neerslag 2012/IV

6664_V14_art264_(246)_fc.indd 59

59

30-08-12 12:05

Om de doelen uiteindelijk te vertalen in een instelling van de regelaars moet het effect van de sturingsregels op het realiseren van de doelen in beeld worden gebracht. Dit is gebeurd in verschillende workshops die per pilot zijn gehouden met de gemeenten, waterschap en specialisten van Deltares en de TU Delft. Tijdens deze workshops werden de doelen van de sturing verkend en via handson sessies met speciaal ontwikkelde grafische interfaces en koppelingen met de SOBEK rekenmodellen vertaald in de parametrisering van de sturingsregels. Dit proces bood ook de mogelijkheid voor de rioolbeheerders om de traditionele sturing te vergelijken met de centrale sturing binnen Control NEXT.

CONTROL NEXT

60

DFWLH

UHJHOHQ

EHZHUNHQ

YDOLGHUHQ

LQZLQQHQ

De opbouw van het Control NEXT platform is eigenlijk al kort na de start van het project begonnen. De onderstaande figuur toont deze opbouw schematisch.

Het Delft FEWS systeem verzamelt meteo-gegevens (onder meer gekalibreerde radarbeelden), neerslagvoorspelling en gegevens over de actuele systeemtoestand.

Deze worden gevalideerd en opgeslagen en komen DUFKLYHULQJ zo ter beschikking van de ISA sturingsysteem (FEWS) andere elementen binZHEDSSOLFDWLH nen Control NEXT zoals simulatiemodellen en de regelaars. Ten slotte geeft FEWS aan de Composer regelaars de opdracht om Radarbeelden 5x gemeenten sturingsacties te berekeAquaView Citect 5x RWZI nen en communiceert FEWS deze met de rioolgemalen. Deze bewerkingen en communicatie onderstations onderstations geschieden allemaal real time. In het geval van ISA Hoeksche Waard is de Figuur 2: Control NEXT platform met de specifieke eleregelfrequentie 30 seconden., wat nodig is bij menten voor de sturing van het afvalwatersysteem Hoekdergelijke relatief kleine sche Waard. systemen. Het Control NEXT systeem faciliteert echter eveneens het (off-line) inregelen van Composer via modelsimulaties en de analyse van historische gegevens.

Binnen Control NEXT kan een groot aantal controllers worden ingezet om (delen van) systemen te sturen. De situatieherkenner is een applicatie die op basis van de systeemtoestand de (verwachte) situatie inschat (droog weer of regen) en vervolgens de juiste sturingsregels activeert. Het gaat niet om een groot aantal sturingsregels. Het is juist de kunst met een minimale hoeveelheid regels alle mogelijke situaties af te dekken. Bovendien staat de robuustheid van de sturing voorop. De sturing moet altijd blijven draaien, geen onduidelijke situaties dus en geen twijfel over welke applicatie de sturingsacties genereert.

Neerslag 2012/IV

6664_V14_art264_(246)_fc.indd 60

30-08-12 12:05

PRAKTIJKTEST Het testen van het gehele systeem gebeurt in drie pilots: Klaaswaal, Strijen en Piershil. Tijdens deze testfase wordt iedere stap van inwinning van meetinformatie tot aan het sturen van de gemalen doorlopen. Alle componenten moeten met elkaar kunnen ‘praten’. Dit geldt voor de hele keten van Rioolgemaal via Aquaview++ via FEWS tot Composer en terug. De testfasen zijn inmiddels afgerond en de resultaten zijn positief. De sturing vermindert de overstorthoeveelheden per kern met circa 15%.

BEHEER Om de kwaliteit van de sturing ook na implementatie te kunnen garanderen, de nieuwe inzichten vast te houden en te delen met anderen binnen de organisatie is een goede organisatie van het beheer noodzakelijk. Binnen het project is dit beheer vanaf de start besproken en is uiteindelijk gekozen om al tijdens het project een tijdelijke beheersorganisatie op te zetten.

Control NEXT is bij alle partners geïnstalleerd, gegevens van de gemeenten en waterschap zijn voor iedereen toegankelijk. Deze transparantie stimuleert een goed systeembeheer omdat meerdere personen de effecten die optreden in de waterketen kunnen volgen en analyseren.

Verder is een gezamenlijke site opgezet waarbij alle acties worden gerapporteerd die effect kunnen hebben op het systeemgedrag en daarom terug kunnen komen in de meetresultaten. Op de site worden verder documenten gedeeld, storingen en gepland onderhoud gemeld.

TENSLOTTE: SAMENWERKING LOONT De studie is nu bijna afgerond maar het is al in vele opzichten duidelijk geworden dat samenwerking loont. Door met gemeenten, waterschap en externe deskundigen het werkelijke functioneren van de hele afvalwaterketen en het watersysteem te beschouwen komen verbeterpunten aan het licht en kunnen die punten worden opgepakt bij het implementeren van integale sturing. Daarnaast wordt met deze werkwijze een verlaging van de overstortvolumes bereikt.

Elgard van Leeuwen (TU Delft), Klaas-Jan van Heeringen (Deltares), Edwin van Velzen, Pieter van Dongen en Bart Mol (waterschap Hollandse Delta)

Neerslag 2012/IV

6664_V14_art264_(246)_fc.indd 61

61

30-08-12 12:05

Van verborgen data naar gedeelde informatie Bij de waterschappen in Nederland wordt via meetnetten en telemetriesystemen een enorme hoeveelheid meetdata gegenereerd en voor kortere of langere periode opgeslagen. Deze metingen kunnen betrekking hebben op neerslag, oppervlaktewater (kwantiteit/kwaliteit), grondwater en afvalwater, en worden gebruikt voor diverse toepassingen. De meetdata worden in de meeste gevallen verspreid over verschillende afdelingen binnen de organisatie ingewonnen.

Bovendien wordt ook gebruik gemaakt van meetgegevens van derden, zoals het KNMI, Rijkswaterstaat en gemeenten.

Al deze data bevatten een schat aan informatie over het functioneren van de (afval)watersystemen. Dit is echter voor velen een verborgen schat, want al dat monitoren leidt tot een grote bak historische data waarvan de toegankelijkheid vaak slecht is geregeld. Bovendien wordt, mede door deze slechte toegankelijkheid, maar weinig data geanalyseerd en bewerkt tot informatie voor een breder publiek.

REPRODUCEERBAAR EN TRANSPARANT Om hierin verbetering te brengen is Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK) gestart met aanleggen van een lange-termijn-database waarin een selectie van de belangrijkste, gevalideerde meetdata bewaard en makkelijk opvraagbaar blijven. Dit is noodzakelijk omdat reproduceerbaarheid en transparantie belangrijk is in ons werk en de maatschappij van ons vraagt om ons handelen te kunnen verantwoorden en reconstrueren. Meetinformatie is daarbij essentieel, alsook bij het analyseren en evalueren van situaties uit het verleden, om op basis daarvan verbeteringen door te voeren.

ORGANISATIE De verantwoordelijkheid voor het inwinnen en valideren van de metingen blijft zo dicht mogelijk bij de bron, dus bij het organisatieonderdeel dat het monitoringnetwerk beheert en gebruikt in haar taakuitoefening. De verantwoordelijkheid voor de selectie van meetgegevens en aanleg van de historische database, inclusief databewerking ligt bij het cluster Onderzoek van HHNK. Zij stelt de verzamelde informatie beschikbaar voor de hele organisatie en deels ook daarbuiten.

INFORMATIESYSTEEM De historische database wordt aangelegd en ontsloten met behulp van FEWS (het Flood Early Warning System, ontwikkeld door Deltares). Dit systeem is opge62

Neerslag 2012/V

6664_V15_art265_fc.indd 62

30-08-12 12:04

zet als hoogwater-voorspellingsysteem, maar het is bovenal een informatiesysteem voor meetinformatie. FEWS toont meetinformatie op kaart, in tabel, grafiek en animatie en heeft een aantal functionaliteiten voor datavalidatie, -bewerking en –analyse. Met behulp van een volledige webbased interface (Lizard) is het mogelijk om informatie toegankelijk te maken voor de eigen organisatie, maar ook voor burgers en bijvoorbeeld gemeenten en adviesbureaus. Momenteel ontsluit HHNK al veel meetdata via deze webviewer en hebben dus ook externe partijen de mogelijkheid deze meetgegevens te raadplegen. Zo is het voor iedereen mogelijk om via de HHNK-internetsite te zien wat de actuele waterstanden op de boezem zijn, die door cluster Peilbeheer worden ingewonnen. Voor een tweetal samenwerkingsverbanden van groepen gemeenten en HHNK, verzorgt HHNK het inwinnen en presenteren van metingen in de gemeentelijke rioolstelsels en gaat HHNK deze gemeenten in de nabije toekomst ook voorzien van actuele neerslaginformatie.

WEBVIEWER De webviewer Lizard is ingericht om de meetreeksen van de organisatie en van derden te ontsluiten. Aan de linkerkant van de viewer kan de gebruiker een type kunstwerk en een parameter kiezen, waarvan hij of zij een meetreeks wil opvragen. Het grootste gedeelte van de webviewer bestaat uit een kaart waarop van de gekozen parameter de meetlocaties te zien zijn. De webviewer maakt gebruik van een aantal basiskaarten zoals polders, peilgebieden en watersystemen.

Figuur 1: De layout van webviewer Lizard.

MEETGEGEVENS HHNK Oppervlaktewater Een goed voorbeeld van afdelingoverstijgend werken is het ontsluiten van waterkwantiteitsgegevens. Deze gegevens worden bij het cluster Peilbeheer ingewonnen en daarna door verschillende afdelingen gebruikt voor analyses en rapportages.

Via het telemetriesysteem van HHNK komen alle meetdata de organisatie binnen. Niet al deze data zijn voor iedereen interessant. Daarom wordt een selectie gemaakt van data, waarnaar vanuit de organisatie de grootste vraag is. Deze data worden ontsloten met de webviewer, die overzichtelijk is ingericht om meetreeksen te presenteren. Het deel van de data dat niet voor het brede publiek interessant is, wordt voornamelijk gebruikt door specialisten die deze data in informatiesystemen als FEWS kunnen raadplegen. Metingen die wel in de webviewer te zien zijn, zijn onder andere waterstand, het berekend debiet, pompfrequentie, in bedrijf, stuwNeerslag 2012/V

6664_V15_art265_fc.indd 63

63

30-08-12 12:04

Figuur 2 De gemeten waterstand bij een gemaal, zoals zichtbaar in de webviewer.

stand en watertemperatuur. Bepaalde meetdata worden eerst bewerkt voordat het wordt ontsloten in de webviewer, bijvoorbeeld de debietgegevens.

Het debiet wordt uitgerekend met debietformules waarvoor bepaalde parameters nodig zijn, zoals capaciteit, in bedrijf, pompfrequentie en de opvoerhoogte. Deze parameters komen binnen in FEWS, waar de debietberekeningen plaatsvinden; vervolgens worden de debieten in de webviewer ontsloten.

Grondwater Sinds kort ligt een deel van het grondwaterbeheer bij de waterschappen. Daardoor is de behoefte aan informatie over grondwatermeetgegevens toegenomen bij afdelingen als Vergunningverlening en Planvorming. In de webviewer kan de gehele organisatie grondwaterstanden uit ‘Data en Informatie van de Nederlandse Ondergrond’ (DINO) opvragen, waardoor afdelingen geen individuele accounts of toegangscodes hoeven aan te vragen. Aan deze DINO-grondwaterstanden is in de webviewer van HHNK extra informatie toegevoegd zoals de maaiveldhoogte, de gemiddelde laagste en hoogste grondwaterstand (GLG en GHG) en de gemiddelde filterdiepte. Daardoor is de informatie ontrent de grondwaterstanden meer compleet en daardoor gemakkelijker inzetbaar in analyses, adviezen en projecten.

Afvalwater Binnen de afvalwaterketen werkt HHNK nauw samen met gemeenten. Het beheer van een aantal rioolgemalen is door het hoogheemraadschap overgenomen van gemeenten. Hierdoor komen ook de meetgegevens, die bij de rioolgemalen worden gemeten, binnen bij HHNK. Om de gemeenten inzicht te geven in die meetgegevens kunnen ze op dezelfde manier gebruikmaken van de webviewer als medewerkers van HHNK. Voor afvalwater geldt hetzelfde als bij oppervlaktewater: ook hier worden veel meer zaken gemeten dan voor een lange-termijn-database noodzakelijk is. Daarom is een selectie gemaakt van data die voor analyse en onderzoek worden gebruikt. Op dit moment zijn dit data van rioolgemalen en bergbezinkbasins, waarvan de vullingsgraad en het gemeten debiet worden ontsloten. In de toekomst zullen meetgegevens van verschillende typen gemalen, zoals booster- en influentgemalen, worden toegevoegd.

MEETGEGEVENS VAN DERDEN Neerslag Het KNMI stelt de neerslag via radarbeelden beschikbaar. Deze data wordne elk uur geïmporteerd in FEWS en ook de verwachte neerslag komt op deze manier binnen. De neerslag wordt in FEWS geaggregeerd naar peilgebieden en weergegeven als een virtueel neerslagstation in het peilgebied. Omdat deze stations de gebiedsgemiddelde neerslag bevatten, leidt dit tot meer nauwkeurige resultaten van waterbalansen en modelberekeningen.

64

Neerslag 2012/V

6664_V15_art265_fc.indd 64

30-08-12 12:04

Figuur 3. De hoeveelheid neerslag per virtueel neerslagstation, links zoals zichtbaar in de webviewer, rechts zoals zichtbaar in FEWS.

Riolering Bij gemeenten in het beheersgebied van HHNK worden neerslag en waterstanden gemeten, vaak in het kader van rioleringsmonitoring. Om de gemeenten te ondersteunen komen deze meetgegevens in het telemetriesysteem van HHNK binnen. Daardoor kunnen ze ook in de webviewer worden ontsloten en ontstaat er een overzicht van meetgegevens uit het beheersgebied op één locatie (centrale data-opslag). Ondanks dat rioolgemalen in beheer zijn bij het hoogheemraadschap kunnen gemeenten in de webviewer hun eigen meetgegevens naast de meetgegevens van de rioolgemalen zien.

‘Buitenwater’ Rijkswaterstaat stelt meetdata ter beschikking, die binnen HHNK wordne ontsloten. Data die Rijkswaterstaat levert zijn onder andere golfhoogte, getijmetingen, getij-opzetmetingen, windrichting en windsnelheid. Deze parameters worden ook aangeleverd als voorspellingsreeks. Deze data komen elk uur binnen, zodat de voorspellingen kunnen worden gebruikt in calamiteitsituaties.

Figuur 4 De gemeten windrichting zoals zichtbaar in de webviewer.

TOEKOMST In de toekomst willen we nog meer informatie en gegevens ontsluiten met behulp van webbased viewers. Berekeningen die regelmatig terugkomen kunnen ‘voorgeprogrammeerd’ worden in de viewer, waardoor de data al klaarstaan voor gebruik. En door de huidige ontwikkelingen is het mogelijk om informatie real-time uit te wisselen tussen verschillende organisaties. Dit verbetert de samenwerking.

Op dit moment werken we aan het inzichtelijk maken van peilbuismetingen, die worden ingewonnen bij dijkmonitoringsprojecten. De data die op korte termijn nodig zijn (bijvoorbeeld voor alarmering bij dijkophogingen) worden geraadpleegd via het telemetriesysteem. De meetreeksen worden in FEWS bewaard als historische datareeks en zijn in de webviewer beschikbaar voor de organisatie.

Vanuit de Kaderrichtlijn Water is de vraag ontstaan om waterkwaliteitsmaatregelen beter te onderbouwen en te sturen. Hiervoor is het Volg- en Stuursysteem (VSS) ontwikkeld. In het VSS worden waterkwantiteits- en waterkwaliteitsgegevens Neerslag 2012/V

6664_V15_art265_fc.indd 65

65

30-08-12 12:04

bij elkaar gebracht en geanalyseerd. Het informatiesysteem beschreven in dit artikel gaat het VSS voeden met een deel van de benodigde data.

Ook het combineren van de actuele waterpeilen en de peilen berekend door modellen staat op de planning. Dit leidt tot verbetering van de modellen en in crisissituaties kunnen snellere en betere voorspellingen worden gedaan. Doordat alle benodigde gegevens al bijeen zijn gebracht, kan het Crisis Management Systeem (CMS) hiervan eenvoudig gebruikmaken. Zo hebben betrokken partijen tijdens een crisissituatie (waterschap, gemeenten, veiligheidsregio’s) op een overzichtelijke manier toegang tot belangrijke informatie. Dit wordt vervolgens in het CMS gecombineerd met bijvoorbeeld de locatie waar zandzakken zijn opgeslagen en informatie over objecten die kwetsbaar zijn voor wateroverlast of overstroming.

Nanette Valster en Marcel Boomgaard Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier

66

Neerslag 2012/V

6664_V15_art265_fc.indd 66

30-08-12 12:04

Om vasthouden/bergen/afvoeren te implementeren

Stuwsoftware met afvoerremmende werking Traditionele stuwregeltechnieken krijgen nieuwe toepassingsmogelijkheden door ze op basis van vooraf in te stellen parameters schakelbaar te maken. Hierdoor ontstaan er verschillende scenario’s, die voor zowel wateroverlast als verdroging automatisch worden geselecteerd. Dit artikel beschrijft de technische werking en toont de resultaten van de werking tijdens wateroverlast.

AUTOMATISERING BIJ OPERATIONEEL PEILBEHEER Het uitvoeren van de WB21- en GGOR-maatregelen (WB21 = Waterbeheer in de 21ste eeuw; GGOR = Gewenst Grond- en OppervlaktewaterRegime) vereisen een andere manier van sturen en regelen van de automatisch werkende peilregulerende kunstwerken dan de traditionele regelingen. Waterschap Groot Salland heeft hiermee vanaf 1999 ervaring opgedaan in de Marswetering. Deze 16 km lange waterloop is verdeeld in elf stuwvakken van 4,00 tot 0,20 m NAP. Om te voorkomen dat bij hevige neerslag het water in een snel tempo naar het laagste punt wordt afgevoerd, zijn deze elf automatisch gestuurde stuwen voorzien van speciale stuwsoftware. Die maakt gebruik van al bestaande regeltechnieken, die op een vernieuwende manier worden toegepast. Dit geeft nieuwe mogelijkheden voor het besturen van stuwen en andere peilregelende voorzieningen.

TRADITIONELE AUTOMATISCHE STUWBESTURING Stuwen met de traditionele besturingen zijn oorspronkelijk ontworpen voor het regelen van het boven- of benedenstroomse peil van de stuw. Het beheren van de stuw met traditionele besturing tijdens extreme omstandigheden vraagt een grote inspanning van de peilbeheerder om het moderne peilbeheer van vasthouden/bergen/afvoeren te kunnen realiseren. Deze vorm van stuwbesturing heeft de functie om het juiste ingestelde peil te realiseren aan de kant van de stuw waar de regeling actief is. Tijdens veel wateraanbod zal de (op hoogwaterzijderegeling ingestelde) stuw de klep geheel neerlaten en maximaal gaan afvoeren, met als gevolg dat benedenstrooms wateroverlast kan ontstaan. Een benedenstrooms ingestelde stuwregeling zal in dat geval de klep optrekken, met als gevolg bovenstrooms overlast.

VERNIEUWDE STUWBESTURING SOFTWARE Door de geautomatiseerde stuwen te voorzien van vernieuwde software, kan de wateroverlast worden beperkt. Deze software zorgt ervoor dat tijdens het Neerslag 2012/V

6664_V16_art268_fc.indd 67

67

30-08-12 12:03

verhoogde wateraanbod het water niet direct wordt afgevoerd, maar dat deze wateroverlast automatisch wordt verdeeld respectievelijk vastgehouden (zie figuur 1). Dit past precies in de beleidskaders van WB21. De regeling bespaart de peilbeheerder veel werk, waardoor hij ten tijde van extremen zijn werk efficiĂŤnter kan indelen. Met deze manier van sturen wordt de ruimte in de al bestaande watergangen als tijdelijke berging benut. Ook aangelegde waterbergingen worden hiermee efficiĂŤnter ingezet. Deze manier van sturen kan zelfs van invloed zijn op de dimensionering van nieuw aan te leggen bergingen.

RESULTATEN NIEUWE STUWSOFTWARE VOOR WATERVERDELING Automatisering kan als hulpmiddel worden ingezet om de WB21-maatregelen uit te voeren. Telemetrie is een hulpmiddel om snel de resultaten inzichtelijk te krijgen en om tijdig ingrijpen mogelijk te maken. Figuur 2 laat de reactie van de stuwbesturing zien tijdens een situatie van wateroverlast. De grafiek toont

Figuur 2.

Water vasthouden

68

Neerslag 2012/V

6664_V16_art268_fc.indd 68

30-08-12 12:03

de overgang van een gering tekort wateraanbod naar een verhoogd aanbod. De hoogwaterzijderegeling is hier de actief regelende zijde. Zodra aan de laagwaterzijde (lwz) overlast dreigt te ontstaan, grijpt de laagwaterzijderegeling in op de besturing. Deze wordt actief gemaakt zodra een bovengrenswaarde (Instelling) wordt overschreden. De stuwklep beweegt dan omhoog. Het regelproces voor het vasthouden van water gaat dan in werking. Zodra het peil aan de laagwaterzijde zakt, zal de stuwklep ook weer dalen. Doordat de peilbeheerder de instelling voor de verdeling aanpast, kan de klep nog meer omhooggetrokken worden, zodat nog meer water kan worden vastgehouden.

PRINCIPE WERKING TRADITIONELE STUWREGELING Om te begrijpen hoe de regeling werkt, is het belangrijk te weten hoe een traditionele stuwregeling werkt. Naast allerlei soorten regelingen komt de ‘PIregeling’ het meest voor. Ook voor stuwen met een remmende werking – waarbij het water vastgehouden moet worden tijdens wateroverlast of een situatie van watertekort – wordt er gebruikgemaakt van de ‘PI-regeling’. De ‘P-factor’ staat voor proportioneel en is de versterkingsfactor. Daarmee wordt de mate van verstelling van de stuwklep berekend, op basis van verschillen van de gemeten waterstand ten opzichte van het ingestelde streefpeil. Bijvoorbeeld wanneer de waterstand één centimeter afwijkt van het streefpeil en de ‘P-factor’ staat op 50% versterking; de klep zal zich dan vijf mm verstellen. Hiermee probeert deze regeling 50% van het verschil weg te werken. De ‘I-factor’ is de instelbare tijdfactor.

Deze dient als intervaltijd voor het vergelijken van het actuele waterpeil met het gewenste streefpeil, om op basis daarvan weer een nieuwe klepstand te berekenen en daarna de eventuele klepverstelling uit te voeren. Vaak staat deze ‘I-factor’ ingesteld tussen de drie en vijf minuten.

Een ‘PI-regeling’ van een bovenstroomse regeling heeft ten opzichte van een benedenstroomse regeling een tegengesteld effect op de berekening van de nieuwe klepstand.

Figuur 3 . Hoogwaterzijderegeling

Figuur 4. Laagwaterzijderegeling Neerslag 2012/V

6664_V16_art268_fc.indd 69

69

30-08-12 12:03

Figuur 3 laat het principe van de hoogwaterzijderegeling zien. Figuur 4 is een weergave van een laagwaterzijderegelende stuw. Beide regelingen hebben een verschillend effect op de nieuw te berekenen stuwklepstand. Bij een waterpeil dat boven het streefpeil uitkomt, gebeurt het volgende: – een hoogwaterzijderegelende stuw stuurt de klep dan omlaag; – een laagwaterzijderegelende stuw stuurt de klep dan omhoog.

Van deze natuurlijke effecten maken we gebruik in de nieuwe stuwsoftware.

PRINCIPE WERKING STUWREGELING MET AFVOERREMMENDE WERKING Door het combineren van deze hoog- en laagwaterzijderegeling is de afvoerremmende werking bij wateroverlast mogelijk. Als de stuw onder de omstandigheden van een normale afvoer het peil aan de hoogwaterzijde regelt, heeft de uitkomst van de berekening uit de ‘P-regeling’ van de laagwaterzijde geen effect op de totaalregeling van de stuwklep. De ‘P-regeling’ laagwaterzijde wordt pas actief zodra de bovengrenswaarde aan de laagwaterzijde wordt overschreden. Voor de beide regelingen kan een afzonderlijke ‘P-factor’ worden ingesteld. De instelling van de ‘P-factor’ heeft dan invloed op de verdeling van het water tussen boven- en benedenstroomse kant van de stuw (zie figuur 5).

Figuur 5. Hoog- en laagwaterzijde stuwregeling Figuur 5 is een weergave van een gecombineerde hoog- en laagwaterzijde stuwregeling. Deze laagwaterzijde grijpt pas in zodra de bijbehorende bovengrenswaarde wordt overschreden. Elke centimeter overschreden peil, hoger dan 70

Neerslag 2012/V

6664_V16_art268_fc.indd 70

30-08-12 12:03

de ingestelde bovengrens(instelling), wordt bij een nieuwe klepberekening verrekend met de uitkomst van de verschilversterker aan de hoogwaterzijde (A+B).

Zodra de ‘I-factor’ is verstreken, wordt het resultaat van de berekening representatief voor het verstellen van de stuwklep.

NIEUWE MOGELIJKHEDEN BENUTTEN, OOK BIJ WATERTEKORT EN TOEPASSING GGOR Deze techniek in de software kan ook worden toegepast wanneer er in tijden van weinig neerslag een watertekort ontstaat. En wel door niet alleen een ‘bovengrens’ voor overlast in te stellen, maar ook een ‘ondergrens’ aan de laagwaterzijde voor het opvangen van watertekorten. De software zal daarop reageren met het verdelen van het watertekort.

Het is een te technische materie om in dit artikel alle functionaliteiten die hiermee zijn te realiseren, te beschrijven. Ik hoop dat een ieder die dit stuk leest hiermee nieuwe inspiratie heeft opgedaan. Degenen die met deze materie aan de slag willen gaan, wens ik veel succes. Wanneer er andere ervaringen zijn met slimme oplossingen in softwarematige regeling, of wanneer er naar aanleiding van dit stuk nieuwe ideeën opborrelen, dan houd ik me graag aanbevolen om daar gezamenlijk naar te kijken en eventuele ideeën gezamenlijk verder uit te werken.

Zo zouden er voor realisatie van GGOR op bovengenoemde wijze ook beslisregels kunnen worden opgenomen, maar gezien de complexheid van deze materie wordt dat door de peilbeheerder zelf vertaald in een verstelling van het streefpeil.

Gerrit Nijhof, medewerker automatisering hydrometrie Waterschap Groot Salland

Neerslag 2012/V

6664_V16_art268_fc.indd 71

71

30-08-12 12:03

KNWeetjes nummer 5-2012

KNW-PROGRAMMA NAJAAR 2012 In het najaar heeft KNW weer veel interessante bijeenkomsten op het programma staan. Hieronder vindt u een kort overzicht, meer informatie vindt u via de links. Noteer de data in uw agenda en meld u ook aan!

6 september: Bestuursakkoord Water in de rioleringspraktijk Veel gemeenten en waterschappen zien kosten van het afvalwaterketenbeheer stijgen, terwijl de mogelijkheden voor dekking van de kosten beperkt zijn.

Het Bestuursakkoord Water gaat uit van een besparingsmogelijkheid voor de afvalwaterketen van â‚Ź 380 miljoen (in 2020). Maar wat betekent dit voor u? Hoe maakt u dit concreet in, bijvoorbeeld, uw gemeentelijk rioleringsplan? Wat zijn uw mogelijkheden om te verbeteren, te besparen, te innoveren en samen te werken? Meer informatie over het programma en aanmelden vindt u via www.waternetwerk.nl.

27 september: Closing cycles in the industry Op 27 september organiseert de Technische Commissie AnaĂŤrobie een symposium over het sluiten van kringlopen in de industrie. Tijdens het symposium komt de huidige stand van zaken met betrekking tot recycling van water, energie en andere grondstoffen ter sprake. Ook de nieuwste ontwikkelingen en toepassingen uit de praktijk komen aan bod. Meer informatie over het programma en aanmelden vindt u via www.waternetwerk.nl.

28 september: Bodem ontmoet Water Op vrijdag 28 september 2012 organiseren Jong SKB en Jong KNW de gezamenlijke middag Bodem ontmoet Water, waar jongeren (<35 jaar) in de bodem- en de watersector elkaar ontmoeten en over de grenzen van het eigen vakgebied heen kijken. In een interactieve sessie dagen wij de deelnemers uit 72

Neerslag 2012/V

6664_V17_art248_fc.indd 72

30-08-12 12:03

om creatieve oplossingsrichtingen te bedenken voor kennisvragen die op dit moment aanwezig zijn in het onderzoeksprogramma â&#x20AC;&#x2DC;klimaatadaptief waterbeheerâ&#x20AC;&#x2122; van SKB en STOWA. Meer informatie over het programma en aanmelden vindt u via www.waternetwerk. nl.

11 oktober: Hoe zuiver is lozen nog?

De themagroepen Afvalwaterbehandeling, Bestuurlijkjuridische aspecten en Waterkwaliteit organiseren op 11 oktober het gezamenlijk symposium Hoe zuiver is lozen nog: meer chemie tussen waterzuivering, waterkwaliteit en watervergunning, over de samenhang tussen waterkwaliteit, de lozingen door de rwzi en de vergunningverlening. Meer informatie over het programma en aanmelden vindt u via www.waternetwerk. nl.

11 oktober: Community Stedelijk Water goes digital!

Op 11 oktober organiseert themagroep Stedelijk Water de bijeenkomst Community Stedelijk Water goes digital! Tijdens deze bijeenkomst worden actuele digitale ontwikkelingen, zoals social media en de mogelijkheden daarvan, in het licht van stedelijk water gezet. Meer informatie volgt binnenkort via www.waternetwerk.nl; reserveer de datum alvast in uw agenda!

11 oktober: Benchmarking Op 11 oktober organiseert Stichting Kennisuitwisseling IndustriĂŤle Watertechnologie (SKIW) een bijeenkomst over benchmarking in de industrie. Meer informatie volgt binnenkort via www.skiw.nl. Reserveer de datum alvast in uw agenda!

4-6 november: New Developments in IT & Water Van 4 tot en met 6 november 2012 organiseert KNW, in samenwerking met de Instrumental Control and Automation-groep (ICA) van de International Water Association (IWA), de conferentie New Developments in IT & Water. De bijeenkomst vindt plaats in Amsterdam. Meer informatie over het programma en aanmelden vindt u via www.waternetwerk.nl.

Neerslag 2012/V

6664_V17_art248_fc.indd 73

73

30-08-12 12:03

8 november: KNW Symposium Assetmanagement 2012 Op 8 november wordt het KNW Symposium Assetmanagement 2012 gehouden. Meer informatie over het programma volgt binnenkort via www.waternetwerk.nl; noteer de datum alvast in uw agenda!

8-10 november: Buitenlandexcursie sectie Gelderland Van 8-10 november organiseert sectie Gelderland een meerdaagse buitenlandexcursie. Meer informatie over het programma volgt binnenkort via www.waternetwerk.nl; noteer de data alvast in uw agenda!

22 november: Organiseren en managen: hoe laten we managers aanhaken op de inhoud?

Op 22 november organiseert themagroep Stedelijk Water de bijeenkomst Organiseren en managen: hoe laten we managers aanhaken op de inhoud? Meer informatie volgt binnenkort via www.waternetwerk.nl, noteer de datum alvast in uw agenda!

30 november: Najaarscongres KNW Het Najaarscongres - Van vicieus naar virtueus: water in een circulaire economie - en de ALV vinden dit jaar plaats op 30 november in Baarn. Water, energie en grondstoffen hangen nauw met elkaar samen.

En dat roept, op weg naar een groene economie, de nodige vragen op. Want waar moeten we ons op focussen? Deze vraag wordt benaderd vanuit de â&#x20AC;&#x2DC;gouden driehoekâ&#x20AC;&#x2122;: politiek/beleid, innovatie/onderzoek en praktijk/economie. Keynote-speaker Jacqueline Cramer (directeur Utrecht Sustainability Institute) zal een bijdrage leveren over duurzaam innoveren. Meer informatie over het programma en aanmelden vindt u via www.waternetwerk.nl.

74

Neerslag 2012/V

6664_V17_art248_fc.indd 74

30-08-12 12:03