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

Transcriptie

1 Eindrapport SAWA 1

2 C o l o f o n WLN Eindrapport Project SAWA, Sensors And WAter juli 2013 redactie: M. Buitenkamp, Anantis 2

3 I n h o u d Samenvatting 4 1. Inleiding 6 2. Drentsche Aa Doel Resultaten per sensor AquaExplorer/NHL/LSRD Capilix/NHL Interline MicroLAN: itox zware metalen KWR/2M Sensors Resultaten praktijkproeven Conclusies voor het deelproject Monitoring distributienet Doel Resultaten per sensor AquaExplorer/LSRD Bright Spark Interline M Sensors Resultaten voor het deelproject: veldproeven en data-analyse Conclusies deelproject Nagroei Doel Resultaten per sensor Bright Spark Capilix/NHL MicroDish Conclusies voor Nagroei SenTec: Sensor Test- en ontwikkelcentrum Conclusies en aanbevelingen 29 Bijlage deelnemers SAWA 32 3

4 S a m e n v a t t i n g In ruim drie jaar heeft het project Sensors and Water, SAWA, aansprekende resultaten behaald. Dat geldt in de eerste plaats voor de deelnemende bedrijven die door SAWA nieuwe sensoren hebben ontwikkeld voor de drinkwatersector. Een aantal van hen gaat na afloop van SAWA met deze sensoren de markt op. Andere bedrijven verwachten binnen afzienbare tijd de stap naar de markt te kunnen maken. De bedrijven die bij de start van SAWA alleen een meetprincipe hadden, hebben na afloop van SAWA nog enkele jaren nodig om een goed werkend prototype te maken. Zij hebben door SAWA wel een enorme versnelling in de ontwikkeling van het principe weten te bereiken. Ook voor waterbedrijven was deelname aan SAWA nuttig. Zo gaan WLN en de waterbedrijven gebruik maken van de binnen SAWA ontwikkelde kennis en technologie. Zij verwachten daarmee de kwaliteit van het drinkwater efficiënter te kunnen bewaken en de drinkwaterproductieprocessen te kunnen optimaliseren. Duidelijk is geworden dat voor de toepassing van sensoren een goed data management systeem van essentieel belang is. Het sensortestcentrum SenTec bleek te voorzien in een belangrijke behoefte bij de sensorontwikkelaars. De bedrijven konden hier, met ondersteuning van WLN, hun sensoren testen en data vergelijken met die van andere bedrijven. Voor kennisinstellingen bood SAWA bijzondere mogelijkheden om in de praktijk te werken met innovatieve technologie. Studenten en docenten zijn bij de ontwikkeling van diverse sensoren betrokken geweest. Zij konden zo wetenschappelijke kennis inbrengen en belangrijke praktijkervaring opdoen. Alle deelnemers zijn enthousiast over en trots op de kennisontwikkeling die in SAWA heeft plaatsgevonden en het netwerk van MKBbedrijven, kennisinstellingen en waterbedrijven dat is ontstaan. SAWA bood een goed platform voor innovatieve ontwikkelingen op het gebied van sensortechnologie en water. Deelprojecten SAWA bestond uit drie deelprojecten. In het deelproject Drentsche Aa zijn sensoren ontwikkeld die de kwaliteit van water meten bij de inname voor de drinkwaterproductie. In het deelproject Distributie ging het om sensoren die de kwaliteit meten van het drinkwater in het leidingnet. Het deelproject Nagroei ten slotte moest sensoren opleveren die de groei van bacteriën in het distributienet kunnen meten en voorspellen. Drentsche Aa Doel van het deelproject Drentsche Aa was het ontwikkelen van een systeem dat online de waterkwaliteit bewaakt. Dit systeem moet binnen twee uur verontreinigingen signaleren en aangeven wat er aan de hand is. Het deelproject Drentsche Aa heeft drie goed werkende sensoren opgeleverd, die ontwikkeld zijn door de bedrijven Interline, AquaExplorer en Capilix. De sensor van Capilix werkt op basis van microchip capillaire elektroforese technologie en meet geautomatiseerd een aantal relevante kationen en zware metalen. Mede op basis van deze positieve resultaten heeft Capilix een strategische partner gevonden in Metrohm, een Zwitserse multinational, om het bedrijf verder uit te bouwen. De ToxBox van AquaExplorer gebruikt genetisch gemodificeerde bacteriën om bepaalde giftige stoffen te kunnen opsporen. Het bedrijf heeft inmiddels patent op het sensorsysteem aangevraagd. AquaExplorer heeft de sensor ontwikkeld in nauwe samenwerking met studenten en docenten van de Noordelijke Hogeschool Leeuwarden. Interline heeft de i::scan sensor verbeterd. Door inzet van LED verlichting wordt de kostprijs gedrukt, terwijl de kwaliteit van de metingen verder verbetert. De sensor komt in de tweede helft van 2013 op de markt. KWR/2M Sensors heeft in SAWA gewerkt aan drie verschillende versies van de Toxsensor. Hiervan zijn twee getest in SenTec. Problemen met de elektronica zijn aan het eind van SAWA helaas nog niet opgelost. 2M Sensors gaat na SAWA door met de ontwikkeling van deze sensor, omdat het meetprincipe veelbelovend is. MicroLAN ten slotte heeft tijdens het project besloten de optimalisatie van de sensor te stoppen, omdat het niet lukte om de voor de sensor benodigde filtratie goed te laten functioneren. Distributie In dit deelproject ging het om het testen van slimme sensoren die online en real time de kwaliteit van het water in de gaten houden in het distributienet. Een goed detectiesysteem verbetert de efficiëntie en betekent een behoorlijke kostenreductie. Binnen dit deelproject is een aantal veldproeven in het leidingnet van de waterbedrijven in Groningen en Drenthe uitgevoerd. Hiermee is de toepasbaarheid van verschillende sensoren onderzocht. Aan het deelproject deden de bedrijven AquaExplorer, Bright Spark, Interline en 2M Sensors mee. AVIC heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan het online verzamelen van data. AquaExplorer kan met de AquaScope bepaalde bacteriën uit het water filteren en opsporen. Na een periode van testen in SenTec heeft de AquaScope met succes meegedraaid in de veldproef in Bedum. Voor zover bekend heeft AquaExplorer als eerste een auto- 4

5 noom systeem voor biosensoring ontwikkeld dat betrouwbare microbiologische data oplevert. Inmiddels is voor het systeem patent aangevraagd. De sensor van het bedrijf Bright Spark werkt met radiogolven. De coax sensor kan hiermee aangroei in het distributienet aantonen. Voor SAWA heeft Bright Spark drie verschillende prototypes van de coax sensor ontwikkeld en getest. Conclusie van de veldproeven is dat de gevoeligheid van de sensoren verder verbeterd moet worden om te kunnen concurreren met bestaande systemen. Hiervoor is aanvullend wetenschappelijk onderzoek nodig. De druk, flow en temperatuur sensoren van Bright Spark blijken marktwaarde te hebben. Interline heeft de sensor i::scan ook ingezet voor het deelproject distributie. Na de eerste veldtest in het leidingnet van de WMD is de sensor verbeterd. Bij een tweede test was sprake van weinig tot geen uitval en betrouwbare meetresultaten. Na de deelname aan SAWA blijkt dat de sensor goed te gebruiken is voor metingen in het distributienet. Het bedrijf 2M Sensors nam met een microbiologische en een flowsensor deel aan SAWA. Voor beide sensoren geldt dat de ontwikkeling nog niet is afgerond en na SAWA voortgezet zal worden. Nagroei Bij dit deelproject ging het om sensoren die nagroei in het distributienet snel kunnen signaleren en kwantificeren. Ze moeten in staat zijn om nagroei en de componenten die nagroei veroorzaken online te meten. Aan het deelproject namen de bedrijven Capilix, Bright Spark en MicroDish deel. Bright Spark heeft met hetzelfde type sensor meegedaan als in het deelproject Distributie. De sensor bleek in staat om kwalitatief vervuiling te meten, maar zal verder door ontwikkeld worden om de gevoeligheid te vergroten en een kwantitatieve relatie tussen het meetsignaal en de hoeveelheid nagroei te kunnen vaststellen. Capilix heeft de microchip die werkt op basis van capillaire elektroforese ingezet. Voor Nagroei heeft het bedrijf een dubbel systeem ontwikkeld dat tegelijkertijd anionen en kationen kan meten. De meetresultaten waren goed, maar voor nagroei is niet helemaal de vereiste detectielimiet gehaald. Capilix richt zich nu samen met Metrohm op de enkelvoudige systemen. MicroDish werkt met een Flow Cell, een heel kleine sensor die op basis van celdeling van verschillende bacteriën de nagroeipotentie kan meten. In SAWA is bewezen dat dit een werkende sensor kan opleveren, maar er zijn nog praktische problemen op te lossen voordat deze veelbelovende methode in de praktijk kan worden toegepast. hebben de ontwikkeltijd met enkele jaren weten te verkorten. In het schema is te zien welke ontwikkeling de sensoren hebben doorgemaakt in SAWA. SenTec SenTec, het Sensor Test en ontwikkelcentrum, op loopafstand van WLN had een spilfunctie binnen SAWA. Het is bijzonder waardevol gebleken voor het optimaliseren en valideren van de sensoren. Elke sensorbouwer had een eigen test plek en kon testen met zes verschillende typen water. Voor het werken met Genetisch Gemodificeerde Organismen heeft SenTec een aparte testruimte die voldoet aan alle veiligheidseisen. Er zijn diverse spike- en doseerexperimenten met succes uitgevoerd. WLN heeft het uitvoeren van de testen technisch en inhoudelijk ondersteund. Na SAWA SAWA heeft het thema sensoren en water op de kaart gezet in de drinkwater sector met goede resultaten. Op het succes van SAWA wordt voortgebouwd, met WLN als centrale speler. SAWA heeft een positief effect gehad op de Noord Nederlandse economie en werkgelegenheid. Niet alleen door de positionering van WLN als expert op het gebied van sensoren en drinkwater, maar ook door de ontwikkeling van noordelijke innovatieve sensor bedrijven, zoals Aqua Explorer, Capilix en Bright Spark. De versnelling Met het project SAWA hebben alle sensorleveranciers een enorme sprong kunnen maken met het ontwikkelen van hun sensoren. Velen 5

6 1 Inleiding Dit is het eindrapport van het project SAWA, Sensor And Water. SAWA is gestart eind 2009 en 30 juni 2013 afgerond. Het doel van SAWA was: (door)ontwikkeling van sensoren voor drinkwaterkwaliteit; (door)ontwikkeling en bundeling van nieuwe kennis op het gebied van sensortechnologie in relatie tot drinkwatertoepassingen; bijdrage leveren aan de vermarkting van kennis van sensortechnologie en waterkwaliteit, zoals die bij de verschillende bedrijven en instellingen aanwezig en in ontwikkeling is. In de hoofdstukken 2, 3 en 4 worden de resultaten van de deelprojecten beschreven. Hoofdstuk 5 gaat in op het test en ontwikkelcentrum van SenTec. Hoofdstuk zes bevat conclusies en aanbevelingen. Het project bestond uit drie deelprojecten, die elk betrekking hadden op een andere fase van de drinkwaterproductie. Deze deelprojecten zijn: 1. Drentsche Aa: bewakingssysteem voor de inname van water. 2. Distributienet: real time monitoring van waterkwaliteit in het distributienet. 3. Nagroei: snellere detectietechnieken voor de potentiële groei van bacteriën in het distributienet. Speciaal voor SAWA is het Sensor test- en ontwikkelcentrum, SenTec bij WLN in Glimmen opgericht. SenTec is gebruikt om sensoren in een praktijksituatie te testen en te vergelijken. De kracht van SAWA was de samenwerking tussen MKB bedrijven, kennisinstellingen en waterbedrijven. Het WLN trad op als projectleider en penvoerder. Vanuit het MKB namen deel AVIC, AquaExplorer, Bright Spark BV, Capilix BV, Interline Systems BV, Microdish BV, MicroLAN, 2M Sensors Ltd ). Vanuit de kennisinstellingen deden mee INCAS 3, KWR Watercycle Research Institute, Noordelijke Hogeschool Leeuwarden (afdeling Life Sciences R&D), Wetsus, Centre of excellence for sustainable water technology. WLN, Waterbedrijf Groningen (WBGR) en Waterleiding Maatschappij Drenthe (WMD) namen vanuit de watersector deel. De NOM en Sensor Universe waren betrokken bij het project via deelname aan de stuurgroep SAWA. Voor een beschrijving van de deelnemers wordt verwezen naar bijlage 1. Wetsus heeft het project inhoudelijk ondersteund. 6

7 2 Drentsche Aa 2.1 Doel Het doel van het deelproject Drentsche Aa was om een online kwaliteitsbewakingssysteem te ontwikkelen voor het water uit de Drentsche Aa. Dit systeem moet in staat zijn om binnen maximaal 2 uur verontreinigingen in humaan toxicologisch relevante concentraties te signaleren. Het afgegeven signaal moet bruikbaar zijn voor de sturing van het proces van inname van oppervlaktewater. Deelnemers deelproject Aan het deelproject Drentsche Aa deden mee: AquaExplorer/Noordelijke Hogeschool Leeuwarden (LSRD) met de ToxBox Capilix/NHL met capillaire electroforese Interline met de i::scan en met de Liqum MicroLAN met de ITOX zware metalen KWR/2M Sensors met de Toxsensor Waterbedrijf Groningen WLN In het deelproject Drentsche Aa hebben de sensoren de hele looptijd in SenTec gestaan. De sensoren van Interline en Capilix hebben het grootste gedeelte van de periode autonoom gedraaid. Door omstandigheden is de sensor van MicroLAN in een later stadium geplaatst. Helaas heeft MicroLAN het project voortijdig beëindigd. De sensor van AquaExplorer heeft in de tweede helft van het project drie maanden in SenTec autonoom gemeten. Er zijn geen spike proeven mee uitgevoerd. AquaExplorer heeft in haar eigen laboratorium wel met Drentsche Aa water kunnen spiken. De sensor van KWR/2M Sensors heeft in SenTec gestaan maar niet goed kunnen meten. Het ontwikkelstadium waarin deze sensor zich bevond was nog te pril om deze te kunnen testen in de praktijk. Gedurende de gehele looptijd van het project zijn onder regie van WLN diverse spike proeven uitgevoerd voor met name de sensoren van Interline en Capilix. De samenstelling van de spike vloeistoffen was gericht op de diverse stoffen die gemeten konden worden door de sensoren en ook relevant waren. Tegelijkertijd met de spike proeven zijn monsters genomen die op het laboratorium van WLN op dezelfde parameters zijn geanalyseerd als in de spike vloeistof aanwezig waren. Daarnaast zijn diverse (laboratorium) meetgegevens van de Drentsche Aa ter beschikking gesteld als referentie metingen. Een onderdeel van het project was synergie te vinden tussen de resultaten van de verschillende sensoren. Alleen de sensoren van Capilix en Interline hebben voldoende data opgeleverd om te kijken naar deze synergie. De parameters van deze sensoren liggen echter te ver uiteen om verbanden of synergie te kunnen geven. 2.2 Resultaten per sensor AquaExplorer/NHL/LSRD Meetprincipe/concept ToxBox De Toxbox is een autonome biosensor voor het meten van biologische toxiciteit in water. De binnen SAWA ontwikkelde monitor-bacterie is een genetisch gemodificeerde Escherichia coli die licht uitzendt zodra deze bacterie met milieutoxines in aanraking komt. De Toxbox verzorgt autonoom stappen in de bewerking van het monster en meet de hoeveelheid door de bacterie uitgezonden licht. Te bereiken doel Het doel was de ontwikkeling van een liquid handling module om de meting volledig autonoom uit te kunnen voeren. Ook moest aan deze module een detectorsysteem worden toegevoegd om de bacteriële (licht)signalen voldoende nauwkeurig en met voldoende gevoeligheid te kunnen meten. Verslag uitgevoerde onderzoek AquaExplorer en NHL (LSRD) hebben binnen dit project gezamenlijk ontwikkeld: een genetisch gemodificeerde bacterie; een gevalideerde laboratorium methode voor meting van bio toxiciteit met de monitor-bacterie; een geteste liquid handling module die in staat is de laboratoriummethode autonoom uit te voeren; een gevalideerd detectorsysteem dat in staat is bacteriële (licht)signalen met voldoende gevoeligheid en nauwkeurigheid te meten. De liquid handling module met de detector wordt ToxBox genoemd. Resultaat SAWA heeft een werkend prototype van de ToxBox opgeleverd die gedurende drie maanden in SenTec operationeel en succesvol heeft 7

8 gemeten. Daarnaast is de specificiteit, de gevoeligheid en de nauwkeurigheid van de monitor-bacterie uitgebreid gevalideerd en vastgelegd. Betekenis voor AquaExplorer Voor AquaExplorer heeft SAWA grote betekenis gehad. De kennis en ervaring op het gebied van hydraulica, vloeistofdynamica, autonome desinfecteerbaarheid/reinigbaarheid en hygiënische engineering zijn voor AquaExplorer van onschatbare waarde en vormen inmiddels een aanzienlijk deel van de knowledge base. Daarnaast heeft SAWA in concreto een toxiciteit sensor systeem opgeleverd die door AquaExplorer is gepatenteerd en als zodanig tot directe commerciële valorisatie leidt Capilix/NHL Meetprincipe/concept capillaire elektroforese Elektrisch geladen moleculen en deeltjes in een geleidende vloeistof bewegen zich onder invloed van een elektrisch veld met een kenmerkende vaste snelheid. Dit principe van elektroforese is door Capilix gebruikt om in capillairen met een doorsnede van µm de in water aanwezige moleculen te scheiden op basis van hun karakteristieke verschillen in lading en deeltjesgrootte. Betekenis voor LSRD Dit project heeft grote betekenis gehad voor LSRD. LSRD heeft veel kennis opgedaan op het gebied van toxiciteit en de ontwikkeling van een werkend prototype. Een aantal stagiaires heeft aan het project meegewerkt, waarbij twee projectingenieurs na hun stage bij LSRD aan het werk konden. Ook heeft SAWA voor leuke studieopdrachten gezorgd waarmee kenniscirculatie binnen het onderwijs op een hoger niveau is gebracht. SAWA is een belangrijk project geweest voor een fors aantal afstudeerders en heeft een permanente plaats verworven binnen het onderwijs. Inzet in de watersector On-site en autonome meting van bio toxiciteit is in de watersector een moeizame tak van sport. Momenteel wordt gewerkt met watervlooien en/of andere complexe organismen als mosselen en vissen om het effect van toxines op levende wezens te onderzoeken. Deze methode is lastig te automatiseren en vergt veel onderhoud. Inzet van een bacterie die gedresseerd is om een meetbaar signaal te geven zodra deze toxische invloeden uit zijn milieu ondervindt, biedt dan ook een goede oplossing. Figuur 1: Scheiding van twee chemische verbindingen door dat zij met verschillende snelheden door een elektrisch veld migreren De verschillende typen gescheiden ionen komen vervolgens op verschillende tijden aan bij de detector aan het eind van het capillair. De detector registreert een tijdelijke verhoging van de geleidbaarheid, zoals te zien is in figuur 2. De migratietijd zegt iets over de identiteit van het ion; de oppervlakte onder de piek is een maat voor de hoeveelheid. Lessons learned De belangrijkste les van SAWA is dat het ontwikkelen van een apparaat door een primair biotechnologisch R&D-bedrijf een andere en meer exacte wijze van projectplanning en monitoring vergt, met meer aandacht voor het ontwerp van een apparaat. Verder blijkt dat voor de vertaling van laboratoriumprotocollen naar een autonome, mechanische infrastructuur kennis en expertise nodig is die niet standaard voorhanden is en dus al doende opgedaan moet worden. Ten slotte heeft de samenwerking met LSRD binnen SAWA voor beide partijen een grote meerwaarde gehad: voor AquaExplorer bleek de toegang tot kennis en expertise op het gebied van recombinant DNA technologie uiterst waardevol. SAWA heeft voor LSRD een belangrijke bijdrage aan het aanvullen en moderniseren van het curriculum geleverd. Figuur 2: Scheidingspatroon verkregen bij een microchip CE meting met een Capilix-systeem. Capilix heeft dit principe verregaand geminiaturiseerd in de vorm van een microchip capillaire elektroforese en deze meettechnologie volledig geautomatiseerd en geschikt gemaakt voor online analyse van kleine ionen. 8

9 Doel Het doel was een functioneel model te ontwikkelen, gebaseerd op microchip capillaire elektroforese technologie. Dit systeem moet autonoom monsters kunnen nemen van water uit de Drentsche Aa en de daarin voorkomende anorganische (en eventueel organische) kationen kunnen meten. Ook moet het systeem lage concentraties ( 5 ppb) ammonium kunnen meten. Door deze continue monitoring is vroegtijdige signalering van waterkwaliteitsproblemen in de Drentsche Aa mogelijk. Verslag van het uitgevoerde onderzoek April 2011 is de meetopstelling in SenTec geplaatst. Gestart is met een buffer waarmee NH4+, K+, Zn2+ en Ni2+ kan worden gemeten. Deze buffer is vervolgens gewijzigd, waardoor in plaats van Zn2+ en Ni2+, Na+ en Ca2+ gemeten kon worden. Uiteindelijk is er weer een buffer gebruikt waarmee ook de zware metalen konden worden gemeten. NHL/LSRD heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan met name twee aspecten: de assay-ontwikkeling voor het aantonen van zware metalen (Zn2+, Ni2+, Cu2+) en de filtratiestap voor het deeltjesvrij maken van het Drentsche Aa water. Het eerste halfjaar gaven de hoeveelheid deeltjes en lucht in het Drentsche Aa water problemen met de aanvoer en filtratie. In september 2011 is overgestapt op een andere filtratiemethode en opstelling, waarmee de problemen waren verholpen. In november 2011 heeft zich een waterkwaliteitsincident voor gedaan met een bovenstroomse mestlozing in de Drentsche Aa. Het Capilix systeem registreerde dit incident met een stijging van NH4+ concentraties. Er lijkt een relatie te bestaan tussen de mate van regenval (weerstation Eelde) en waargenomen veranderingen in ionenniveaus (meer regenval: toename K+ en afname Ca2+). Deze mogelijke relatie is nieuw voor WLN en geeft de meerwaarde aan van het monitoren van ionenniveaus in relatie tot klimaatkarakteristieken. Resultaat De meetopstelling heeft ruim 1,5 jaar gemeten aan Drentsche Aa water met een frequentie van minimaal 1 meting per uur. Over het grootste deel van de periode waren dit goede metingen. De gevonden concentraties voor de verschillende ionen bleken steeds goed overeen te komen met de resultaten van de steekproeven zoals uitgevoerd door WLN. De data van de periode september 2011-december 2012 zijn door WLN gebruikt voor nadere analyse. Figuur 3: Capilix systeem Drentsche Aa Betekenis resultaat voor het bedrijf In SAWA heeft Capilix voor het eerst een echte lange termijn praktijktest kunnen uitvoeren meteen eerste geslaagde proof-of-principle van een geautomatiseerde en robuuste online meting in het veld. De resultaten hebben het bewijs geleverd van de effectiviteit en praktische inzetbaarheid van deze technologie. Het ontwikkelen van een technologie startup is een kapitaalintensieve aangelegenheid, waarin het vinden van de juiste investeringspartners een belangrijke rol speelt. De resultaten van SAWA waren dermate overtuigend dat de Zwitserse multinational Metrohm zich recent heeft aangesloten bij Capilix om de microchip gezamenlijk groot te maken in de markt. Betekenis voor LSRD De ingenieurs van LSRD van de NHL hebben een belangrijke rol gespeeld in het ontwikkelen van de juiste chemische recepten voor de technologie. Door inzet van stagiaires en afstudeerders is de betrokkenheid van het onderwijs groot. Hiermee wordt competitief praktijkgericht HBO onderwijs in de praktijk gebracht. Dit is voor het brengen van vak- en praktijkgericht onderwijs onontbeerlijk. Inzet in de watersector Betrouwbare metingen in het veld worden steeds belangrijker om waterprocessen te ondersteunen en/of te verbeteren. Capilix heeft een doorbraak gerealiseerd in het technologie veld door een generieke laboratorium techniek online industrieel toepasbaar te maken. Dit opent mogelijkheden om online een groot aantal componenten te meten in industriële waterprocessen met laboratorium precisie. Dit heeft een positieve impact op de waterkwaliteit, maar ook op de optimalisatie van industriële waterprocessen in het algemeen. 9

10 Lessons learned De technologie heeft zich verrassend goed gehouden tijdens de meetseries, dus de resultaten zijn positief. Er zijn natuurlijk ook zaken die niet of minder geslaagd zijn in het project. Capilix had de ambitie om binnen het SAWA project niet alleen een goede technologie demonstratie te realiseren, maar ook de detectielimiet van de technologie te verbeteren, bij voorkeur tot ppb niveau. Dit is een lastig onderwerp, met name elektronisch en is dan ook binnen SAWA niet gelukt. Capilix heeft in het begin wat moeite gehad om de filtratie unit op de rit te krijgen, een belangrijke voorwaarde voor meten met microchip CE. Na verloop van tijd is de filtratiestap succesvol aangepast Interline Interline heeft zowel bij het project Drentsche Aa als bij het project distributie gewerkt met de i::scan. Het grootste deel van de resultaten wordt bij het deelproject Drentsche Aa beschreven. Meetprincipe/concept i::scan De i::scan is een in-situ sensor die verschillende parameters meet op basis van lichtabsorptie op specifieke golflengten. In de sensor zijn een aantal golflengte specifieke lichtbronnen (LED s) geplaatst. In combinatie met een speciaal ontwikkeld algoritme kunnen parameters zoals troebelheid, TOC, UV254 en kleur met deze sensor gemeten worden. De basis voor deze ontwikkeling is de bestaande spectrofotometer, de spectro::lyser, van s::can. Deze sensor werkt conform de lichtabsorptie theorie van Lambert & Beer (UV/VIS) waarbij het licht van een Xenon lichtbron door het water op een diode array wordt geprojecteerd. Dit is een bekende, maar relatief dure meettechniek. Door toepassing van de LED lichttechniek is er een betaalbare versie ontwikkeld. voor het bepalen van de gewenste parameters. Vervolgens zijn de LED s en de elektrische aansturing van het bestaande prototype van de i::scan aangepast. Het eerste prototype is in november 2011 geplaatst in SenTec. De i::scan is in serie geplaatst aan de spectro::lyser, om de data uit de i::scan direct en continu te kunnen controleren. WLN heeft diverse spikes uitgevoerd met bekende addities en regelmatig bemonsterd. Aan de hand van alle beschikbare meetgegevens zijn specifieke algoritmes ontwikkeld. De aandacht ging vooral uit naar de specifieke veranderingen in het absorptiespectra in relatie tot de gevraagde parameters. De lengte van het meetpad bleek van grote invloed op de maximale concentratie. Door de vele metingen is het gelukt een zo optimaal mogelijk meetpad te kiezen. Verder is veel aandacht besteed aan het testen van de lichtsterkte van de lichtbronnen. Door de lichtbron anders aan te sturen is de levensduur daarvan geoptimaliseerd. Ook is de automatische reiniging van de sensoren met behulp van een borstel geoptimaliseerd. Tot slot is er gewerkt aan een nieuw softwarepakket die online de gemeten data analyseert en valideert. Zo worden de huidige meetwaarden automatisch gecontroleerd en gecorrigeerd op invloeden als gevolg van ruis, uitbijters, stappen en drift. Het toepassen van de sensoren in een doorstroom armatuur in Sen- Tec heeft geleid tot vervuiling van de sensoren en hierdoor tot onbetrouwbare meetdata. Door de sensoren uiteindelijk direct in de Drentsche Aa te plaatsen is het vervuilingsprobleem opgelost. Te bereiken doelen - Het uitvoeren van een beperkt marktonderzoek naar sensoren die op de wereldmarkt beschikbaar zijn en voor deze test een aanvulling zijn. - Het werken aan de ontwikkeling van een kleinere lowbudget spectrofotometer waarbij de meting op een beperkt aantal golflengten zal worden uitgevoerd. - Optimalisatie van de meetresultaten door het aanpassen van de analyse software. Verslag van het uitgevoerde onderzoek i::scan Gestart is met het verzamelen van parameter data en absorptie spectra met hulp van de s::can spectro::lyser. Daardoor is inzicht verkregen in de absorptiespectra van het Drentsche Aa water en kon worden vastgesteld welke specifieke LED s gebruikt moeten worden Figuur 4: Metingen in de Drentsche Aa Liqum Enkele maanden na de start van SAWA heeft Interline een nieuw soort sensor getest die meet op basis van potentiaalverschil tussen een achttal metalen. Met deze sensor is het mogelijk om afwijkingen ten opzichte van een ingestelde/gemeten basis waterkwaliteit aan te geven. Dit kan reeds gebruikt worden voor een early warning. Doel van het gebruik van deze sensor was om in combinatie met de verkregen meetdata van andere sensoren aan te geven welke stof de verandering in waterkwaliteit veroorzaakt. Het ontwikkelen 10

11 van een algoritme voor het meten van parameters met deze potentiaalverschil methode is complex en tijdrovend. Vanaf het begin van het project is voor Interline duidelijk geweest dat de ontwikkeling van de i::scan de hoogste prioriteit zou krijgen. Aangezien deze ontwikkeling meer tijd heeft gekost dan van te voren was ingeschat is gedurende het project besloten om de ontwikkeling van de Liqum sensor te minimaliseren. Wel is tijdens de spiking sessies aangetoond dat de sensor zeer gevoelig is voor alle gedoseerde stoffen. Dit resultaat is veelbelovend voor verdere onderzoeken. Resultaat In SAWA is gebleken dat de data van de i::scan vergelijkbaar zijn aan die van de spectro::lyser. De spectro::lyser meet op meerdere golflengten en de i::scan meet golflengte specifiek. Waar de spectro::lyser een nauwkeurigheid heeft van 2% in een standaardoplossing, zal dit bij de i::scan enkele procenten hoger kunnen liggen. In het tweede kwartaal van 2013 is de i::scan commercieel beschikbaar voor drinkwatertoepassingen. In eerste instantie zullen alleen de parameters troebelheid en UV254 gemeten kunnen worden. De parameters kleur en TOC zullen naar verwachting eind 2013 volgen. De validatie software is beschikbaar en zal voor specifieke klantwensen worden aangepast. Ook de validatie wordt nog geoptimaliseerd. Betekenis resultaat voor bedrijf Door de introductie van de i:: scan is er een sterk toenemende vraag vanuit de markt naar deze sensor. De verwachting is dat dit de komende tijd een vlucht zal gaan nemen. Hierdoor zal de marktpositie van Interline sterk verbeteren en kan het bedrijf uitgebouwd worden. Inzet in de watersector Door de steeds strengere waterkwaliteitseisen en de vraag naar online meten, neemt het gebruik van (spectrofotometer)sensoren sterk toe. Bij de controle op de waterkwaliteit van bedrijven wordt steeds vaker gebruik gemaakt van online en continue data. Vanwege kosten is het gebruik van conventionele spectrofotometrie UV/VIS sensoren niet in alle applicaties financieel aantrekkelijk, terwijl er wel een wens en noodzaak is voor online registratie van organische parameters. Met de ontwikkeling van de low-budget i::scan wordt deze meettechniek beter toegankelijk voor meerdere eindgebruikers MicroLAN: itox zware metalen Meetprincipe/concept itox Om eventuele humane toxiciteit te kunnen meten, wordt gebruik gemaakt van levende organismen. De itox test toxiciteit met gebruik van levende organismen en levert een nauwkeurige bepaling. Het is een biologische sensor, die in een geautomatiseerd systeem gebruik maakt van lichtgevende bacteriën (Vibrio fischeri NRRL B-11177). De hoeveelheid licht wordt gemeten voor en na blootstelling. De afwijking in hoeveelheid licht (uitgedrukt in percentage) ten opzichte van de referentie is een maat voor de toxiciteit van het watermonster. Te bereiken doel MicroLAN werkt met de al bestaande itox en wil de SPE (Solid Phase Extraction) methode daarin gaan optimaliseren, waarmee mogelijk lagere concentraties kunnen worden gedetecteerd. Verslag van het uitgevoerde onderzoek Het Drentsche Aa water blijkt deeltjes te bevatten die groter zijn dan 1 µm. De SPE-kolommen kunnen dan verstopt raken waardoor het systeem niet meer werkt en lekkages ontstaan. De ontwikkeling van de online SPE in SAWA werd hierdoor belemmerd. In 2011 is daarom besloten binnen SAWA hier niet mee verder te gaan. De aandacht binnen SAWA is verschoven naar het optimaliseren van de prometal buffers. Deze oplossingen verbeteren bij de bacteriën de gevoeligheid voor metalen. In de experimenten is gezocht naar de beste prometal oplossingen. Daarvoor zijn verschillende oplossingen gebruikt. Sucrose (20,9%) was heel goed als prometal oplossing maar viel af als alternatief, omdat voor toepassing in de itox een sterkere concentratrie nodig is. NaClO4 is een goed alternatief, maar geeft milieubezwaren. Daarom heeft MicroLAN de ProMet buffer ontwikkeld die milieuvriendelijker is, geen chloride-ionen bevat en toch de gevoeligheid voor zware metalen verbetert. In 2012 is besloten het hele experiment stop te zetten, omdat er onvoldoende resultaten waren en het bedrijf MicroLAN andere keuzes heeft gemaakt. Resultaat SAWA heeft voor MicroLAN geen resultaat opgeleverd. Lessons learned De tijd en energie die nodig is om van een prototype tot een industrieel toepasbare sensor te maken, bleek langer dan van te voren ingeschat. Bij de start van SAWA was er een prototype van de i::scan, die alleen maar in gecontroleerde omstandigheden is getest. Bijna de gehele projectduur is nodig geweest om de sensor uit te ontwikkelen en te optimaliseren. De verwachting was dat dit sneller zou gaan, waardoor er tijd zou zijn om de Liqum sensor te ontwikkelen. Dat is er niet meer van gekomen. Lessons learned Het valt niet mee om een goede filtratietechniek te ontwikkelen voor het water van de Drentsche Aa. Dit is wel nodig, omdat het anders buitengewoon lastig is om zware metalen in lage concentraties te meten. Voor dit probleem is een gevoeligere buffer wel gedeeltelijk een oplossing. Bij een onderzoeksproject van deze omvang is het van belang om voldoende menskracht op de onderzoek locatie ter beschikking te hebben. Dit bleek niet binnen SAWA te kunnen, waardoor het 11