On-line bewaking van Legionella preventie-systemen

Transcriptie

1 Eindrapport Fryslan Fernijt III project On-line bewaking van Legionella preventie-systemen 30 september 2013 Auteurs: Maarten Nederlof (redactie), Peter van der Linde, Nikolaj Walraven, Martin Brandsma, Monique Bastmeijer, Leo de Zeeuw, Clemens Stemerdink. 1

2 Hoofdstuk 1: Inleiding 1.1. Inleiding Legionella problematiek Legionella is een bacterie die in waterige milieus kan overleven maar voor de vermeerdering protozoa als gastheer nodig heeft (RIVM, 2012). Deze protozoa komen voor in biofilms in bijvoorbeeld waterleidinginstallaties en koeltorens (RIVM, 2012). De biofilms vormen een voedselrijke omgeving voor protozoa en Legionella bacteriën. Vooral in stilstaand water en bij temperaturen tussen 20 en 55 graden Celsius kan Legionella zich vermenigvuldigen. Dit gebeurt vaak in koeltorens en gebouwen met complexe drinkwatersystemen (o.a. ziekenhuizen, hotels en zorginstellingen) waar water stil kan staan. Normaal gesproken kan vermeerdering van de Legionella bacterie voorkomen worden door het koude water koud te houden (dwz < 20 graden C) en het warme water warm (dwz > 55 graden C). De Legionella bacterie kan de veteranenziekte veroorzaken, dit geldt met name voor Legionella Pneumophila. Besmetting met Legionella wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het inademen van de bacterie in zeer kleine druppeltjes waternevel, dit kan bijvoorbeeld voorkomen tijdens het douchen met besmet water. Uitbraken van Legionella pneumonie (longontsteking), waarbij mensen ziek werden door blootstelling aan Legionella afkomstig uit besmet leidingwater en besmette koeltorens zijn veelvuldig beschreven (RIVM, 2012). Met name oudere mensen (>50 jaar), mensen met een verlaagde weerstand (o.a. in ziekenhuizen), mensen met longaandoeningen (zoals emphysema) en rokers of voormalige rokers zijn kwetsbaar. De meeste mensen worden echter na besmetting niet ziek. Wanneer de ziekte zich wel openbaart, dan is deze te behandelen met antibiotica. Doorgaans krijgt iemand alleen griep of longontsteking. Alleen in ernstige gevallen kan de veteranenziekte, zonder de juiste behandeling, dodelijk zijn Legionella preventie (o.a. ladder van VROM Het Ministerie van Infrastructuur en Milieu (I&M) is in Nederland verantwoordelijk voor het Legionella beleid. Dit Legionella beleid is wettelijk verankerd in het Drinkwaterbesluit met bijbehorende regelingen (2011). Bij Legionella preventie in collectieve leidingwaterinstallaties houdt het ministerie van I&M primair vast aan toepassing van het thermisch beheersconcept, welke aantoonbaar in fysieke logboeken op locatie moet worden bijgehouden. Dit concept wordt in combinatie met een risico-analyse en beheersplan ingezet bij prioritaire locaties, zoals opgesomd in het Drinkwaterbesluit (Staatscourant, 2011). Er dienen tevens halfjaarlijkse bemonsteringen uitgevoerd te worden op Legionella bacteriën. Wanneer er een verhoogd aantal Legionella bacteriën wordt geconstateerd, dient deze besmetting te worden verholpen en tevens wordt dan de bemonsteringsfrequentie verhoogd, totdat de besmetting is verholpen. In een aantal collectieve leidingwaterinstallaties blijkt toepassing van dit concept om technische en/of financiële redenen niet altijd uitvoerbaar of niet afdoende te zijn. Volgens de zogenaamde ladder van VROM (deze volgorde is inmiddels wettelijk verankerd in artikel 44 van het Drinkwaterbesluit, Staatscourant, 2011) hebben de eigenaren van dergelijke leidingwaterinstallaties de mogelijkheid om alternatieve technieken in te zetten (zie figuur 1.1.), mits onderbouwd door een BRL6010 gecertificeerde organisatie. Xigna, partner in onderhavig project, is zo n BRL 6010 gecertificeerde organisatie. In de praktijk betekent dit dat eerst zogenaamde fysische methoden 2

3 (zoals UV en UF) en vervolgens elektrochemische methoden zoals koper/zilver ionisatie en anodische oxidatie in aanmerking komen. Bij omvangrijke leidingwaterinstallaties, zoals in grote zorginstellingen, is de toepasbaarheid van fysische methoden beperkt. Voor de toepassing van point-of-use filters is het aantal tappunten te groot en voor de toepassing van een poortwachtersysteem (UF, UV, TA+, etc.) is de installatie vaak veel te complex. Veel bestaande zorginstellingen met hardnekkige Legionella problemen gaan daarom over op de toepassing van koper/zilver ionisatie. Holland Watertechnology, penvoerder van dit project, is leverancier van het Bifipro-systeem. Met het Bifipro-systeem worden koper- en zilverionen aan het water toegevoegd. Er zijn verschillende systemen ontwikkeld die koper- en zilverionen aan het water toevoegen. Het systeem dat Holland Watertechnology heeft ontwikkeld is uniek te noemen en voegt zeer accuraat koper en zilver aan het water toe. In diverse studies is aangetoond dat bij concentraties van circa 400 ± 100 g Cu/l en 40 ± 10 g Ag/l Legionella effectief kan worden bestreden (o.a. Liu et al., 1994, 1998; Lin et al., 1996; Rohr et al., 1996; Kiwa, 2006, Walraven, 2008; Lin et al., 2011; RIVM, 2012). Figuur 1.1.: VROM-ladder (bron: Xigna, 2011). Deze is nu verankerd in artikel 44 van het Drinkwaterbesluit (Staatscourant, 2011). De toepassing van koper/zilver ionisatie als desinfectie methode valt sinds enkele jaren onder de Wet Gewasbeschermingsmiddelen en Biociden (WGB). Dit betekent dat een leverancier die koper/zilver ionisatie in Nederland op de markt wil brengen voor toepassing in leidingwaterinstallaties, voor die toepassing een toelating moet hebben van het College Toelating Gewasbeschermingsmiddelen en 3

4 Biocides (CTGB). Op dit moment heeft een aantal leveranciers een toelating, waaronder Holland Watertechnology BV (Holland Water). Holland Water heeft het systeem in eigen beheer ontwikkeld (en gepatenteerd). De andere aanbieders op de Nederlandse markt werken met (van origine) Amerikaanse en/of Engelse producten Aanleiding en doel Fryslân Fernijt III project Aanleiding Holland Water heeft meer dan 200 koper/zilver ionisatiesystemen, Bifipro genaamd, geïnstalleerd in Nederland, Italië en België. De klanten van Holland Water hebben aangegeven behoefte te hebben aan een verdere technische optimalisatie van het systeem, met name ten aanzien van de bewaking van het systeem. In de huidige situatie wordt voor relatief hoge kosten, beperkt gemonitord (zie Hoofdstuk 2). Door het koper/zilver ionisatiesysteem uit te rusten met sensoren, kan de waterbehandeling geoptimaliseerd worden en de (monitoring)kosten verlaagd. Door gelijktijdig frequent flow, temperatuur en concentraties van koper en zilver in-line te meten met sensoren, kan de ionisatie-apparatuur nog efficiënter worden ingezet. Efficiënt wil zeggen, een voldoende desinfecterende werking met een minimum aan energie-, water- en biocideverbruik (lees: koper en zilver). Daarnaast is het streven om het effect van koper en zilver op het leidingnet on-line te kunnen volgen met een recentelijk ontwikkelde biofilmsensor. Wanneer er geen biofilm aanwezig is op het leidingmateriaal, is de kans zeer gering dat Legionella bacteriën zich kunnen vermeerderen.. Doel van het project Het doel van het project is om te komen tot een totaal Legionella-preventie concept waarbij koper/zilver ionisatie volledig geautomatiseerd kan worden toegepast. Hiermee kunnen significante besparingen op water en energie worden gerealiseerd doordat het thermisch beheersconcept verlaagd kan worden. Tegelijkertijd wordt een rapportage geleverd die enerzijds voldoet aan de kwaliteitseisen van de eindgebruiker, anderzijds gebruikt kan worden voor rapportage aan de Inspectie Leefomgeving en Transport (ILT). Parallel aan de technische ontwikkeling van het concept zijn ook stappen ondernomen om de mogelijkheid van het verlagen van het thermisch beheersconcept (dwz verlagen temperatuur en verlagen spoelfrequentie) wettelijk geregeld te krijgen. Voor een verdere uiteenzetting hierover wordt verwezen naar paragraaf De opbrengsten van het project bestaan technisch uit een Bifipro systeem met geïntegreerde koper/zilver sensoren en een daaraan gekoppelde biofilmsensor. Tot slot wordt kennis gegenereerd over het effectief bestrijden van Legionella in drink- en koelwatersystemen Partners De partners in het project zijn: Holland Watertechnology BV (Holland Water): ontwikkelaar en leverancier van koper/zilver ionisatie-apparatuur en mede-ontwikkelaar van de koper- en zilversensor; 4

5 Geoconnect: mede ontwikkelaar en leverancier van koper- en zilversensoren; Bright Spark BV: ontwikkelaar en leverancier van de biofilmsensoren en de sensoren voor de temperatuur, geleidbaarheid, druk en flow; Xigna BV: onafhankelijk adviesbureau dat door KIWA BRL6010 gecertificeerd is op het gebied van Legionella adviesdiensten en dat Legionella preventie implementeert in kwaliteitszorg en organisatie van de eindgebruiker. Center of Expertise Watertechnology (CEW): kennis- en innovatiecentrum voor toegepast onderzoek en productontwikkeling op het gebied van watertechnologie. Holland Water, penvoerder van dit project, heeft in samenwerking met GeoConnect de koper- en zilver sensoren gekoppeld aan de ionisatie-apparatuur. Bright Spark heeft de biofilmsensor toegevoegd aan het systeem. Xigna heeft de koppeling gemaakt tussen het Bifipro-systeem inclusief sensoren en het kwaliteitszorgsysteem UCare4. CEW heeft het project inhoudelijk begeleid, technologieleveranciers en eindgebruikers aan elkaar gekoppeld en de disseminatie van de kennis naar het onderwijs en het werkveld (o.a. via studenten, docenten, vakbladen H 2 O en TVVL en de organisatie van een afsluitende workshop voor leveranciers en eindgebruikers) gecoördineerd. Verder waren de volgende partijen (als derden) bij het project betrokken: KWR: kennisleverancier ten aanzien van Legionella. IMIQ advies: kennisleverancier ten aanzien van Legionella-wetgeving. Paleoterra: software ontwikkelaar en monitoring netwerk specialist. Vitens Laboratorium: chemische en microbiologische analyses. Life Science R&D (via CEW): microbiologische ondersteuning proeven in het Waterapplicatiecentrum Projectopzet In het project zijn een zestal fasen onderscheiden volgens het projectplan. In fase 1 zijn de technische componenten (o.a. koper/zilver sensor, biofilmsensor en interfaces) (door)ontwikkeld en getest. In fase 2 is de sturing van de koper/zilver ionisatieapparatuur op basis van de koper en zilver sensordata ontwikkeld en getest. In fase 3 is het sensorgestuurde bewakingssysteem voor de koper/zilver ionisatieapparatuur ontwikkeld en getest. Hierbij is ook de biofilmsensor in het concept opgenomen. In fase 4 is het ontwikkelde Legionella preventie systeem in zijn geheel getest onder semi-praktijk condities in het Waterapplicatiecentrum te Leeuwarden. In fase 5 is een software pakket ontwikkeld waarbij de monitoring aansluit bij een Legionella protocol zoals dat gebruikt kan worden door de eindgebruiker en dat voldoet aan wettelijke verplichtingen. In fase 6 is de markpotentie van de ontwikkelde technologieën onderzocht, zijn business cases uitgewerkt en zijn de projectresultaten middels een workshop en publicaties aan een breder publiek kenbaar gemaakt Leeswijzer In hoofdstuk 2 wordt de huidige stand van zaken rond koper/zilver ionisatie als Legionella preventie methode uiteengezet. Hierin wordt tevens de behoefte aan productontwikkeling vanuit de markt 5

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

7 Hoofdstuk 2: Legionella preventie met koper/zilver ionisatie 2.1. Werkingsprincipe In Nederland mag koper/zilver ionisatie pas worden toegepast als thermisch, fysisch en/of fotochemisch beheer niet werkzaam is gebleken bij het bestrijden van een Legionella besmetting en overschrijdingen van de norm blijven bestaan (Legionella > 100 kve/l in leidingwater en > 1000 kve/l in koeltorens). Diverse onderzoeken hebben aangetoond dat koper/zilver ionisatie een effectieve methode is om Legionella groei en biofilmvorming in leidingwaterinstallaties en koeltorens te bestrijden (o.a. Liu et al., 1994, 1998; Lin et al., 1996; Rohr et al., 1996; Kiwa, 2006, Walraven, 2008; Lin et al., 2011; RIVM, 2012). Momenteel (september 2013) zijn er naar schatting 400 koper/zilver ionisatie systemen operationeel in Nederland, waarbij Holland Water marktleider is. Koper/zilver ionisatie is gebaseerd op het in-situ genereren van koper- en zilverionen in water door middel van de gecontroleerde ionisatie van koper en zilverelektroden. De positief geladen koper- en zilverionen vormen elektrostatische verbindingen met negatief geladen delen van de celwand van de Legionella bacterie. Dit leidt tot cellysis en celdood. Het koper/zilver ionisatie systeem van Holland Water wordt Bifipro genoemd, hetgeen staat voor BIoFIlm PROtector. Het systeem bestaat uit een regelunit met daarin een PLC, verschillende Cu/Ag ionisatiecellen en een flowmeter. De ionisatiekamer bevat de elektroden: koper- en zilverelektrodes van puur koper en puur zilver. De elektroden in de cel worden aangestuurd door een computergestuurde gelijkstroombron. Deze gelijkstroom zorgt ervoor dat de afscheiding van koper- (Cu 2+ ) en zilverionen (Ag + ) binnen een vastgestelde concentratie blijft: 400±100 µg/l Cu en 40±10µg/l Ag. In combinatie met een flowmeter regelt de PLC de Cu 2+ en Ag + afgifte bij verschillende debieten Toepassing in de praktijk In Nederland mag koper/zilver ionisatie alleen worden ingezet op prioritaire locaties (o.a. zorginstellingen, ziekenhuizen, penitentiaire inrichtingen, zwembaden en campings) en in koeltorens met een maximale capaciteit van 4MW. In andere landen mag koper/zilver ionisatie breder worden toegepast, zoals in sportcentra en appartementengebouwen. Na plaatsing van een Bifipro systeem is het in Nederland wettelijk verplicht om de kwaliteit van het behandelde water periodiek te monitoren. De parameters die gemonitord dienen te worden zijn de Legionella-, koper- en zilverconcentratie. Het aantal te bemonsteren tappunten is afhankelijk van het totale aantal tappunten op de behandelde locatie. Monstername en laboratoriumanalyses dienen verricht te worden door een gecertificeerde monsternemer en een geaccrediteerd laboratorium. Bij aanvang (dwz na plaatsen van het Bifipro systeem) is de monitoringsfrequentie 1 keer per maand. Als de Legionella concentratie na 3 maanden lager is dan 100 kve/l in leidingwater of lager dan 1000 kve/l in koeltorens dan mag de monitoringsfrequentie verlaagd worden naar 1 maal per kwartaal. Vervolgens mag halfjaarlijks gemonitord worden als de Legionella concentratie na een half jaar nog steeds lager is dan 100 kve/l in leidingwater of lager dan 1000 kve/l in koeltorens. Tevens dient bemonsterd te worden op koper en zilver. Ook deze parameters dienen binnen de (drinkwater)norm te blijven om minder frequent te mogen bemonsteren. 7

8 Hierbij zij opgemerkt dat drinkwatertoepassingen wettelijk geregeld zijn in het Drinkwaterbesluit en de daaraan gekoppelde Regeling Legionella Preventie en dat toepassingen voor koeltorens geregeld zijn in de Wet Milieubeheer en Arbo-regelgeving. Toepassing van koper/zilver ionisatie als alternatief voor thermisch beheer maakt een ander soort beheer mogelijk. Wanneer gebruik wordt gemaakt van koper/zilver ionisatie is thermische desinfectie en frequent spoelen strikt genomen niet meer noodzakelijk. Echter, weinig gebruikte tappunten zullen nog met en zekere regelmaat moeten worden gespoeld om de aanwezigheid van de actieve stoffen koper en zilver daar te kunnen garanderen. Hoewel in theorie de watertemperatuur en spoelfrequentie verlaagd zouden kunnen worden, wordt in de voorschriften van het Bouwbesluit (via NEN 1006) en impliciet in het Waterleidingbesluit gesteld dat het warme tapwater aan de tappunten van een collectieve leidinginstallatie een temperatuur van ten minste 60 C moet hebben. Dit houdt in dat ongeacht de toepassing van koper/zilver ionisatie, thermisch beheer (water meer verwarmen dan voor menselijke comfort noodzakelijk is) gehandhaafd dient te worden (voor recente ontwikkelingen in de regelgeving zie hoofdstuk 5). Dit betekent relatief hoge kosten voor energie (thermisch beheer), water (spoelfrequentie) en monitoring (Legionella, koper en zilver). Omdat de monitoring wordt uitgevoerd door een gecertificeerd laboratorium zijn de kosten relatief hoog en de monitoringsfrequentie laag (maximaal 1 maal per maand). Dit betekent dat de informatie over de besmetting op een bepaald moment beperkt is, resultaten van Legionella analyses bijvoorbeeld komen pas na minimaal een week beschikbaar. Vanuit de wetgeving is de juridisch eigenaar van de desbetreffende drinkwaterinstallatie bovendien verplicht een logboek bij te houden. In dit logboek dienen alle uit te voeren en de resultaten van uitgevoerde beheerwerkzaamheden aanwezig te zijn. Hierbij zijn soms wel 10 partijen betrokken die elk hun eigen onderdeel uitvoeren. Het blijkt dat dit doorgaans redelijk ongestructureerd verloopt en dat informatie op diverse plaatsen bewaard wordt. Informatie is derhalve gefragmenteerd in het logboek aanwezig of zelfs helemaal niet voor handen Wensen vanuit de praktijk (t.a.v. monitoren en verlagen beheersconcept) Holland Water heeft meer dan 200 koper/zilver ionisatiesystemen geproduceerd en verkocht in Nederland, Italië en België. Klanten van Holland Water hebben aangegeven behoefte te hebben aan een verdere technische en economische optimalisatie van Legionella preventie middels koper/zilver ionisatie. Onder optimalisatie wordt verstaan een afbouw van het thermisch beheersconcept, verlaging van de spoelfrequentie en meer monitoringsgegevens tegen lagere kosten. Optimaal wil ook zeggen, een voldoende desinfecterende werking met een minimum aan energie-, water- en biocideverbruik. Daarmee wordt bovendien ook een betrouwbaarder systeem verkregen. Met de Silco sensor kunnen volautomatisch de koper- en zilverconcentraties continu gemonitord worden. De meetgegevens van de Silco sensor zijn toegankelijk via de Holland Water monitoringswebsite. Tevens kan de klant zelf koper- en zilveranalyses uitvoeren met de handheld Silco sensor op water afkomstig van willekeurige tappunten. Op basis van de Silco sensor data kan de Bifipro dosering bewaakt en bijgestuurd worden. Dit garandeert een juiste dosering van koper en zilver. Op het moment dat de Legionella bacterie effectief bestreden is met het Bifipro systeem kan het thermisch beheer en de spoelfrequentie in principe afgebouwd worden. Holland Water heeft in 8

9 eerder onderzoek aangetoond dat dit kan zonder risico op terugkeer van de Legionella besmetting. Het ministerie van I&M dient hier wel mee akkoord te zijn (intussen heeft het ministerie toegezegd dit in de Regeling Legionellapreventie te regelen, zie hoofdstuk 5). Tevens kan de dosering van koper- en zilver worden verlaagd als de Legionella besmetting onder controle is. Dit resulteert in een verlaging van de milieubelasting met koper en zilver. Naast controle met de Silco sensor kan de werking van het Bifipro systeem ook gecontroleerd worden met de biofilm aangroeisensor. Deze sensor controleert continu en volautomatisch of er sprake is van aangroei van biofilm in de leidingen. Zolang er geen sprake is van biofilmgroei is het zeer onwaarschijnlijk dat Legionella bacteriën zich kunnen vermenigvuldigen. Bij een vervuild systeem kan met behulp van koper/ zilver ionisatie de biofilm verwijderd worden, de biofilmsensor kan ook dit proces volgen in de tijd. Met name de combinatie van desinfectie, on-line monitoring en integratie van alle betrokken disciplines met bijbehorende data en acties in een intelligent logboek management systeem is nog niet eerder op deze manier toegepast Geïntegreerd totaalconcept De componenten van het systeem zijn onafhankelijk van elkaar ontwikkeld. De innovatie zit in het combineren van verschillende componenten tot een totaalconcept. Door het gebruik van sensoren wordt het mogelijk continu de werking van de Bifipro installatie te garanderen. Bovendien kan door de biofilm te meten in het systeem, het risico van (her)groei van Legionella beoordeeld worden. Dit betekent een aanzienlijk verbetering ten opzichte van de huidige situatie waarbij de werking van de installatie door middel van laboratorium analyses van koper en zilver enerzijds en Legionella bacteriën anderzijds moet worden gecontroleerd, dit betekent in feite een controle achteraf. Deze analyses laten enkele dagen op zich wachten, terwijl op basis van on-line gegevens een continue bewaking mogelijk wordt en kunnen waar nodig direct maatregelen worden genomen. Figuur 2.1.: Schema van de verschillende componenten in dit project. 9

10 Hoofdstuk 3: Ontwikkelen en testen componenten 3.1. Silco sensor De in een eerder project ontwikkelde koper/zilver sensor, Silco sensor genaamd, bestaat uit een werkelektrode, referentie elektrode en tel-elektrode. De werkelektrode is gemaakt van borongedoopte diamant, de referentie elektrode van gesinterde zilverchloride en de tel-elektrode van roestvrijstaal of platina (foto 3.1.). De Silco sensor is gekoppeld aan een miniatuur potentiostat (foto 3.2.). Foto 3.1. Werkelektrode (W), referentie elektrode (R).Foto 3.2. Miniatuur potentiostat. en telelektrode (T) in Silco sensor. Met de potentiostat wordt een potentiaal aangelegd tussen de werkelektrode en de referentie elektrode. Bij een bepaalde potentiaal, die parameter specifiek is, vindt er een redox reactie plaats op het oppervlak van de werkelektrode. Bij deze reactie loopt er stroom tussen de werkelektrode en de tel-elektrode. Door het potentiaal afhankelijke stroomverloop uit te zetten in een figuur (voltammogram genoemd) kunnen de concentraties van de te meten elementen (bijvoorbeeld Cu en Ag) bepaald worden (figuur 3.1). De piekhoogte of het piekoppervlak in figuur 3.1 is een maat voor de concentratie van de betreffende parameter. Er zijn twee meetsystemen met de Silco sensor ontwikkeld: een on-line meetsysteem (foto 3.3.) en een handheld meetsysteem (foto 3.4.). In het on-line systeem worden de koper- en zilverconcentraties automatisch geanalyseerd. De Silco sensor is niet in het primaire leidingwater- of proceswatersysteem geplaatst maar in een doorstroomcel. Middels een kleppensysteem kan de doorstroomcel gevuld worden en kan het water in de cel geanalyseerd worden. De on-line sensor wordt ingezet voor het sturen en bewaken van het Bifipro-systeem. 10

11 Figuur 3.1. Voltammogram van analyse van koper en zilver met de Silco sensor (in-line methode). Foto 3.3.: Links: voorkant on-line meetsysteem (Bifipro Cu/Ag dosering systeem). Rechts: achterkant on-line meetsysteem (doorstroomcel met daarin de Silco sensor). Met de handheld sensor kunnen individuele monsters handmatig geanalyseerd worden. De aansturing is draadloos (via bluetooth) met een android telefoon of android tablet. De prestatiekenmerken van beide systemen zijn vastgesteld, waarbij wordt opgemerkt dat met het handheld systeem ook aangezuurde monsters gemeten kunnen worden. De handheld sensor kan worden gebruikt om verschillende tappunten in korte tijd te bemonsteren om vast te stellen of voldoende koper en zilver in het hele systeem aanwezig is. De gebruikte meettechniek (voltammetrie in combinatie met de gebruikte werkelektrode) is gevoelig voor elektromagnetische ruis. Een studente Elektrotechniek van de NHL heeft de storing van de elektromagnetische ruis op de koper/zilver metingen onderzocht en geconcludeerd dat aarding en isolatie van de verschillende onderdelen erg belangrijk is (L. Muhorakeye, 2013). 11

12 Foto 3.4. Handheld Silco sensor Software voor bewaken en aansturen Bifipro met de Silco sensor De software voor het bewaken en aansturen van het Bifipro koper/zilver ionisatiesysteem met behulp van de on-line Silco sensor is geschreven in de programmeertaal C. De software bevat de volgende functionaliteiten: Aansturen van de potentiostat voor het verrichten van een koper- en zilveranalyse met de Silco sensor. De potentiostat stuurt een file met gemeten datapunten naar de microcontroller (datapunten van de voltammogrammen). Omdat de microcontroller slechts een beperkt geheugen heeft, is een slim piekfitting programma geschreven om de piekhoogte en het piekoppervlak van de koper- en zilverpieken te bepalen (op basis van een beperkt aantal datapunten). De piekhoogte en/of het piekoppervlak wordt middels kalibratielijnen omgerekend naar koperen zilverconcentraties. De berekende koper- en zilverconcentraties worden via een UDP protocol (gezien het beperkte geheugen van de microcontroller) verzonden naar het back office monitoring systeem van Holland Water. Op basis van de ontvangen koper- en zilverconcentraties worden via triggers in de database van het back office monitoring systeem de koper- en zilverdoseringen van het Bifipro ionisatiesysteem aangepast (via Linux-internet) Biofilm monitor Meetprincipe Coax sensor De Coax sensor (links op foto 3.5.) bestaat uit een verticaal opgestelde met water doorstroomde resonator van circa 1 meter en een software programmeerbare stuurunit en datalogger. De resonator wordt op een functiegenerator aangesloten die radiogolven in een breed frequentiegebied door de resonator stuurt. Afhankelijk van de aangroei in de resonator treedt demping op van de radiogolven en die demping wordt gemeten als functie van de frequentie (Hoog-Antonyuk, 2012). De resonator heeft een roestvrij stalen of met een polymeer laag geïsoleerde binnengeleider. In dit project is een roestvrij stalen binnengeleider toegepast. Tussen de binnengeleider en buitengeleider bevinden zich glazen knikkers waarop de aangroei van bacteriën plaatsvindt. Indien 12

13 dit gebeurt veranderen de eigenschappen van het dielectricum tussen binnen en buitengeleider, waardoor een signaalverandering optreedt, die automatisch wordt geregistreerd. De meetgegevens, die bestaan uit een amplitude versus frequentie plot in het gebied van 1 MHz tot 100 MHz, worden met een resolutie van 1000 meetpunten elke 10 minuten opgeslagen in een laptop. De sensor is voor verschillende frequentie ranges in te zetten, afhankelijk van de applicatie (10 khz 300 khz, 100 khz 3 MHz, 1 MHz 30 MHz), of kan worden gebruikt in combinatie met een spectrum analyzer om deze aan te sturen en uit te lezen. Voor onderhavige applicatie is de stuurunit van de sensor gebruikt om de spectrum analyzer aan te sturen en uit te lezen en de data in de laptop op te slaan. Daarmee lijkt de sensor inzetbaar als sensor voor biofouling, corrosie en ion metingen. Foto 3.5.: Coaxsensor zoals ingebouwd in de proef opstelling in het WAC. De meetdata worden gepresenteerd in de aangesloten laptop met daarop door Bright Spark en Smart Frequencies ontwikkelde software. In de figuur 3.2. is een typische vorm van de grafieken (amplitude versus frequentieplot) te zien. Deze verandert door biologische aangroei in de sensor. De grafiek laat een verschuiving zien (data testopstelling). De metingen lieten direct een stabiel en consistent signaal zien en signaalveranderingen werden geobserveerd. Signaal veranderingen binnen een week wijzen op (bio)fouling. Dit betekent een snellere reactie in vergelijking tot metingen met andere systemen, welke pas na weken een verandering tonen. De combinatie van koper/zilver ionisatie in een duurproef en metingen met de sensor maken het mogelijk om na te gaan en aan te tonen of de gemeten signaalveranderingen werkelijk door biofouling veroorzaakt worden. 13

14 Figuur 3.2.: Detailopname van een meting. Om de signaalverandering te correleren naar kwantitatieve biofilm gegevens zijn glazen parels uit de cilinder gehaald en volgens een standaardprocedure behandeld (ATP meting / plate counting methode). Uit de eerste resultaten werd geconcludeerd dat, voor het opstellen van een betrouwbare ijklijn van signaalverandering versus aangroei, een grote hoeveelheid knikkers geanalyseerd dient te worden en de geometrie van de doorstroomde sensor aangepast dient te worden. Dit is tijdens het project verbeterd. Doorontwikkeling Coax-sensor tbv FF3 project In eerder uitgevoerde proeven zijn reeds drie versies van het prototype van de Coax sensor ontwikkeld. Uit deze testen bleek de sensor stabiel te functioneren, events goed te detecteren, te voldoen aan de ontwerpcriteria en reproduceerbare resultaten te leveren. Om de gevoeligheid van de sensor te verbeteren is in het najaar van 2012 na veel ontwikkelwerk een versie 2b gekomen met een resonator van RVS met glazen knikkers als vulling. Foto 3.6.: Detailopname van de binnenkant van de buis. 14

15 Deze versie is in het Waterapplicatiecentrum getest. De knikkers werden toegepast om meer oppervlak voor aangroei in de sensor te brengen en ook om middels monstername en analyse van knikkers een kwantitatieve relatie te kunnen leggen tussen signaalverandering en hoeveelheid aangroei (ATP per glazen knikker / plate count methode). Figuur 3.7.a: bovenkant van de buis Figuur 3.7.b: onderkant van de buis 3.4. Digitaal logboek Inleiding UCare4 is een online, digitaal legionella beheer logboek dat elk moment van de dag te raadplegen is. Het logboek geeft een waarschuwing wanneer iets vergeten wordt. Het wijst bovendien automatisch de taken toe aan de technische dienst, het laboratorium, de installateurs en de spoelers. Ketenintegratie, gecombineerd met het zogenaamde Het Nieuwe Werken en Paperless Office. Een oplossing die ook met agenda s samenwerkt, die waarschuwt als normen overschreden worden en die de voortgangsbewaking uitvoert. Een goede aanvulling op dit concept is de integratie met data gemeten door de Bifipro sensoren waardoor er voor de eindgebruiker één bron is van waaruit het logboek gegenereerd en geraadpleegd wordt. De web-applicatie van UCare4 bestaat uit 2 delen: Een cliënt gedeelte dat elke gebruiker daadwerkelijk op het scherm ziet en een server gedeelte waarop naast de database ook programmatuur staat dat bijvoorbeeld inkomende gegevens moet verwerken. Het cliënt deel is geschreven in JAVA middels EXTjs en het server gedeelte in WebHare. Op basis van onderstaand schema zijn er diverse componenten ontwikkeld om de sensor data te ontsluiten voor de eindgebruiker. In de Bifipro installatie worden sensoren aangebracht voor flow, temperatuur en koper/zilver concentratie. Deze sensoren meten data welke gekoppeld zijn c.q. worden bewaakt door het Bifipro systeem zelf. Vervolgens levert de software van de Bifipro, sensor data aan bij het digitale logboek platform UCare4. Er vindt uitsluitend uitwisseling van gegevens plaats met het UCare4 programma en het is niet zo dat UCare4 de Bifipro op een of andere manier aanstuurt. Voor deze data uitwisseling is een XML formaat gedefinieerd. Dit formaat bevat de (meet)data, en ook elementen 15

16 om deze data te identificeren en te beveiligen. Hiermee kunnen (meet)gegevens aan het juiste waterregistratiepunt (tappunt) en het juiste gebouw gekoppeld worden. Figuur 3.3.: Procesdiagram. Functionele componenten Om de online bewaking van koper/zilver-ionisatie te koppelen aan UCare4, is de UCare4-omgeving aangepast. Het is mogelijk gemaakt om informatie in te kunnen voeren zodat de beschreven processen uitgevoerd kunnen worden. De DRI (Data Receiving Interface) ontvangt de XML berichten, analyseert real-time en toetst aan beveiligings-, validiteits- en integriteitscriteria. Daarnaast zorgt dit interface voor correcte opslag en verwerking in UCare4 van de ontvangen berichten. Vervolgens wordt de afzender gecontroleerd en beoordeelt het systeem vervolgens of de inhoud voldoet aan de specificaties van vorm, versleuteling 16

17 en inhoud van berichten. Zodra de data door deze keuring zijn gekomen, worden de gegevens verder verwerkt en beschikbaar gesteld voor de eindgebruiker binnen de applicatie. Figuur 3.4.: Flowchart Data Receiving Interface en UCare4 processing. Voortgang ontwikkeling binnen het FF3-project Bij de verdere uitwerking van de gewenste applicatie is geconstateerd dat bepaalde functionaliteiten binnen de gestelde termijnen van het project niet haalbaar bleken te zijn. Zo dient er een verdere uitwerking te komen van de valiteits- en integriteitscontroles alsmede een nadere integratie met de sensor systemen. Bovendien dient naast de basisrapportage via het logboek, een uitgebreidere rapportage module ontwikkeld te worden. 17

18 Binnen UCare4 is het nu mogelijk om Waterregistratiepunten te definiëren van het type sensor waaraan vervolgens de gewenste data gekoppeld kunnen worden: Koper concentratie waardes Zilver concentratie waardes Temperaturen Flow Nadat de gegevens door UCare4 zijn verwerkt worden de resultaten gepresenteerd in het digitale logboek achter het desbetreffende gedefinieerde logboekblad. Gedurende het FF3 project was het nog niet mogelijk het Ucare4 systeem te koppelen aan de proefinstallatie. Het systeem is onafhankelijk van de proeven in het WAC doorontwikkeld. 18

19 Hoofdstuk 4: Proefinstallatie-onderzoek WAC 4.1. Opstelling en aanpak semi-praktijkproef In het Waterapplicatiecentrum (WAC) is de demonstratie-installatie gebouwd bestaande uit het Bifipro koper/zilver ionisatie systeem, de koper/zilver sensor (Silco) en de biofilmsensor (Coaxsensor). Dit was de eerste keer dat deze systemen aan elkaar gekoppeld zijn. In het WAC is het mogelijk om onder semi-praktijk omstandigheden de werking van een installatie te testen. Hierbij kunnen extreme situaties worden nagebootst die je liever niet hebt in een praktijkomgeving zoals een ziekenhuis. De Silco sensor wordt ingezet om het functioneren van de Bifipro te bewaken (wordt er voldoende koper en zilver gedoseerd) en waar nodig bij te sturen. In de installatie zoals die in het WAC getest is was het nog niet mogelijk om de Bifipro te corrigeren op basis van de sensordata. De benodigde software is parallel aan de proeven in het WAC ontwikkeld (zie paragraaf 3.2.) De Coax sensor wordt samen met de flow/druk en temperatuursensor ingezet met als doel om aangroei en verandering in kwaliteit te registreren in het water. Foto 4.1.: Opstelling proefinstallatie in het WAC Om een worst-case na te bootsen werd eerst opzettelijk het systeem vervuild. Het idee was dat doorstromen met leidingwater waarin acetaat werd gedoseerd voldoende zou zijn om biofilm groei te krijgen in het systeem. Dit bleek onvoldoende snel te gaan, mogelijk mede door het feit dat het leidingwater in het WAC niet verwaarloosbare koperconcentraties bevat (circa 0,5-1,0 mg/l). In tweede instantie zijn extra voedingsstoffen gedoseerd en is het systeem met E.coli bacteriën beënt. Bij het vervuilen van de installatie met nutriënten en bacteriën werd het water gerecirculeerd. Toen het systeem voldoende vervuild was, hetgeen vastgesteld werd op basis van koloniegetallen van de glasparels uit de Coax-sensor, is de koper/zilver ionisatie gestart om te zien of een vervuild systeem ook weer schoongemaakt kan worden. De recirculatie werd gestopt en het systeem werd 19

20 gevoed met proceswater. Opgemerkt dient te worden dat in de praktijk een dergelijk vervuild systeem niet zal voorkomen. We hebben dus echt een worst-case getest. Verder hebben we geen proeven gedaan met Legionella besmetting vanwege de daaraan verbonden risico s. We hebben de aanwezigheid van biofilm als maat genomen voor het risico op vermeerdering van Legionella bacteriën. Achtereenvolgens worden in de rest van dit hoofdstuk beschreven: - Het vervuilen en weer schoonmaken van het systeem (paragraaf 4.2.) - De meetresultaten van de Silco sensor (paragraaf 4.3.) - De meetresultaten van de Coax-sensor (paragraaf 4.4.) 4.2. Resultaten vervuiling en schoonmaken (met Bifipro) (lab-analyses) Op 13 februari 2013 is een voorraadvat (van 25 liter) met acetaatoplossing aangemaakt (40 mg/l acetaat). Dit water werd vervolgens door het Bifipro-systeem gerecirculeerd om biofilmgroei op te wekken. De verwachting was dat binnen enkele weken biofilmgroei te zien zou zijn. Na twee maanden (meting 4, figuur 4.1.) was het koloniegetal op parels uit de Coax-sensor slechts toegenomen tot circa kve/ml. Er was wel sprake van groei, maar niet in de mate die verwacht was en onvoldoende voor een worst-case. Begin maart is besloten het systeem te enten met E.coli bacteriën. Om het biofilmvormingsproces te versnellen is op 18 april 2013 besloten een mengsel van schenkstroop (70% koolhydraten en 30% water) en plantenvoeding te doseren (op basis van eerdere ervaringen van Wiebe Pool, Holland Water). Dit mengsel bevat voedingsstoffen in de vorm van koolhydraten (suikers, schenkstroop), nitraat, ammonium, ureum, kalium en fosfaat (plantenvoeding). De samenstelling van de plantenvoeding was 1,75 % nitraat-n, 1,75% ammonium- N, 3,5 % ureum, 5% kalium en 3 % fosfaat-p). Het systeem reageerde hier tamelijk snel op. Op 1 mei 2013 (meting) was het aantal kolonies toegenomen tot ruim kve/ml (de piek in figuur 4.1.). Daarop werd besloten op 27 mei de koper/zilver ionisatie te starten. In figuur 4.1. is duidelijk te zien dat de koloniegetallen in een periode van een aantal weken sterk afnemen. Het laagst gemetenkoloniegetal is 1000 kve/ml (meting 12). Hierna is een toename gemeten. Vermoedelijk werd dit veroorzaakt door herbesmetting van het systeem via het proceswater en resten biofilm die nog in de installatie zijn achtergebleven. Desalniettemin achten we met dit experiment voldoende aangetoond dat de Bifipro in staat is een vervuild systeem, dat in de praktijk aanzienlijk minder vervuild zal zijn dan het hier geteste systeem, weer schoon te krijgen. De resultaten van de aan het systeem gekoppelde sensoren worden hieronder beschreven. Het koloniegetal is verkregen door 1 glasparel in 3 ml fysiologisch zoutoplossing te brengen vervolgens is 1 ml uitgeplaat conform NEN-EN-ISO Dit is in drievoud uitgevoerd voor een betrouwbaar resultaat. 20

21 KVE/ml Biofouling Reeks1 0 Meting Figuur 4.1.: Verloop van koloniegetallen op glasparels uit de Coax-sensor Resultaten silco sensor Onder semi-praktijk omstandigheden in het Holland Water laboratorium en het Waterapplicatiecentrum (WAC) zijn de prestatiekenmerken van zowel de handheld als de on-line Silco sensor vastgesteld. Onder de prestatiekenmerken worden de aantoonbaarheidsgrens, de lineariteit, de gevoeligheid, de nauwkeurigheid en de vergelijkbaarheid met andere analyses (met gecertificeerde technieken) verstaan. In het WAC is de Silco sensor tevens getest tijdens de uitvoering van de biofilmproef (zie paragraaf 4.2.) Prestatiekenmerken De prestatiekenmerken van de Silco sensor, zoals vastgesteld onder semi-praktijk omstandigheden, zijn samengevat in Tabel 1. Voor een uitvoerige beschrijving van de prestatiekenmerken van de Silco sensor wordt verwezen naar Geoconnect (2013). Met het Bifipro systeem wordt 400±100 µg/l Cu en 40±10 µg/l Ag aan leidingwater gedoseerd. In Tabel 4.1. is te zien dat het lineaire meetbereik van zowel de handheld als de on-line sensor breed genoeg is om te controleren of de dosering van Cu en Ag met het Bifipro systeem in orde is. De gemeten Ag concentraties kunnen worden getoetst aan de WHO norm voor Ag (100 µg/l) in drinkwater. Voor Cu dient nog vastgesteld te worden of de lineariteit voldoende is om de gemeten Cu concentraties te kunnen toetsen aan de drinkwaternorm voor Cu (2000 µg/l). De exacte aantoonbaarheidsgrens van de on-line Silco sensor is nog niet vastgesteld. Dit komt omdat het gebruikte leidingwater 17 µg/l Cu bevat en minimaal 10 µg/l Ag gedoseerd is aan het leidingwater. Bij deze Cu en Ag concentraties zijn nog duidelijke pieken waarneembaar in het voltammogram. Kortom, de aantoonbaarheidsgrenzen voor Cu en Ag zijn respectievelijk < 17 µg/l Cu en <10 µg/l Ag. 21

22 Tabel 4.1.: Prestatiekenmerken Silco sensor. Methoden / prestatiekenmerken Cu Ag Methode Handheld On-line Handheld On-line Silco sensor Silco sensor Silco sensor Silco sensor Aantoonbaarheidsgrens (g/l) Lineariteit (g/l) 20 <17 (>2) <17 > <10 (>1) 2 - >80 <10 >140 Gevoeligheid 0,03 0,053 0,086 0,068 (na/g/l) (niet T gecompenseerd) (T gecompenseerd) Nauwkeurigheid (rel. %) (bij (bij (bij (bij 40 g/l) g/l) g/l) g/l) Precisie (rel. %) (bij 700 g/l) (bij (bij 50 g/l) (bij 10- g/l) 140 g/l) R 2 0,99 0,99 0,97 0,99 De relatieve nauwkeurigheid van de Silco sensor is gebaseerd op leidingwatermonsters die zowel zijn geanalyseerd met de Silco sensor als door een geaccrediteerd laboratorium. De relatieve nauwkeurigheid van de Cu analyses met de Silco sensor varieert tussen 96 en 108% en van Ag tussen 80 en 120% (Tabel 4.1.). De precisie van de Silco sensor is gebaseerd op basis van herhaalde metingen (duplobepalingen) van leidingwatermonsters waaraan koper en zilver is gedoseerd. De relatieve precisie voor Cu is 3-4% en voor Ag 5-6% (Tabel 4.1). 22

23 Metingen met de Silco sensor tijdens de Biofilmproef Van 27 mei (start koper-zilver ionisatie) tot en met 25 juni 2013 (einde biofilmpoef) zijn de koper- en zilverconcentraties in het proceswater van de biofilmproef geanalyseerd met de Silco sensor. Deze resultaten zijn weergegeven in figuur 4.2. Het tweede deel van de biofilm-proef waarbij de biofilm werd afgebroken, bestaat uit 3 tijdsperiodes: 1. Van 27 mei (start koper-zilver ionisatie) tot 17 juni 2013: Recirculatie van proceswater met veel bacteriegroei ( kve/ml) waaraan periodiek (rode lijnen geven de tijdstippen van Cu/Ag dosering weer) Cu en Ag is gedoseerd met het Bifipro systeem. 2. Van 17 juni tot 24 juni 2013: Doorspoeling van het systeem met proceswater zonder dosering van Cu en Ag. 3. Van 24 juni tot 19 juli? 2013: Doorspoeling van het systeem met proceswater met dosering van Cu en Ag met het Bifipro systeem. In de eerste periode is 6 maal Cu en Ag aan het recirculatie systeem gedoseerd. Zonder Cu dosering bevat het proceswater al circa 400 tot 800 g/l Cu. Omdat er sprake was van extreme bacteriegroei (koloniegetal van kve/ml) was besloten om circa 1000 g/l Cu te doseren. In figuur 4.2. is te zien dat de koper- en zilverconcentraties na iedere Bifipro dosering toenemen. Na de dosering nemen de koper- en zilverconcentraties geleidelijk af. Dit komt hoogstwaarschijnlijk doordat de vrije koper- en zilverionen zich binden aan de bacteriën (organisch materiaal). Met de Silco sensor kan alleen actief koper en zilver gemeten worden (vrij in oplossing) en geen aan bacteriën gebonden koper en zilver. In de eerste periode is het koloniegetal sterk afgenomen, van kve/ml op 31 mei naar 0, kve/ml op 7 juni. De koper- en zilverconcentraties gemeten met de Silco sensor komen redelijk tot goed overeen met de concentraties gemeten door het WAC laboratorium (rode stippen). In de tweede periode is het recirculatie systeem aangepast naar een doorstroomcel en is een week lang doorgespoeld met proceswater waaraan geen koper- en zilver is gedoseerd. Met de Silco sensor is toch koper gedetecteerd (figuur 4.2.). Het proceswater bevat circa g/l koper (vermoedelijk afkomstig van de koperen waterleidingen). In de derde periode is koper- en zilver gedoseerd aan het doorstoomsysteem. De met de Silco sensor gemeten koper- en zilverconcentraties komen goed overeen met de waarden van het WAC laboratorium. Er is slechts relatief kort met de Silco sensor gemeten door aanhoudende computerproblemen (laptop) met de meetopstelling. Deze problemen zijn ten tijde van dit schrijven (september 2013) opgelost. Er wordt geen gebruik meer gemaakt van een laptop (crasht door diverse automatische software updates), maar van een microcontroller. 23

24 Figuur 4.2. Koper- en zilverconcentraties gemeten met de on-line Silco sensor gedurende de biofilmproef. 24

25 Amplitude [dbm] 4.4. Resultaten biofilmsensor De metingen met de Coax-sensor zijn ook in een aantal periodes te verdelen: 1. Januari 2013: aantonen dat de sensor (beginnende) biofilmvorming kan aantonen 2. Februari 2013: metingen tijdens doseren van acetaat. 3. Maart 2013: metingen na enten met bacteriën. 4. Mei 2013: metingen tijdens afbraak van de biofilm Januari 2013: aantonen detectie biofilm door Coax sensor De metingen in de periode t/m (zie figuur 4.3.) kunnen als volgt samengevat worden: Er is in deze periode gemeten in het gebied van 1 MHz tot 100 MHz met een resolutie van 1000 metingen / scan. De Coaxsensor is de hele periode in bedrijf geweest (continu en automatisch na installatie in afsluitbare kast) en heeft zonder storingen gefunctioneerd. De coaxsensor bleek in staat ook een beginnende biofilmvorming te kunnen detecteren. De verschuiving van het signaal naar lagere amplitudes bij de resonantie frequenties (de minima in de amplitude versus frequentieplot) wijst op het optreden van biofouling. Echter, er zijn in januari nog te weinig aanvullende gegevens om een éénduidige conclusie te trekken. 0,00E+000 5,00E+007 1,00E+008 1,50E+008-1,10E+001-1,30E+001-1,50E+001-1,70E+001-1,90E ,10E+001-2,30E+001-2,50E+001 Frequency [Hz] Figuur 4.3.: Interpretatie data Coax-sensor t/m Februari 2013: metingen Coax-sensor na doseren acetaat. De resultaten in de periode t/m (zie figuur 4.4.) kunnen als volgt samengevat worden: Er is in deze periode gemeten in het gebied van 1 MHz tot 100 MHz met een resolutie van 1000 metingen / scan. 25

26 Relative amplitude [-] Ruim een week na het starten van de acetaat dosering (op is in het water 40 mg/l natrium acetaat toegevoegd) wordt een significante toename van de biofilm gedetecteerd. In het FF3 project zijn eerdere bevindingen wat betreft de relatie tussen biofilm vorming en signaalverandering bevestigd (het signaal in de minima schuift omlaag bij biofouling). Uit eerder onderzoek (voorafgaand aan het FF3 project) bleek reeds de relatie tussen biofouling enerzijds en signaalverandering in de amplitude versus frequentieplot anderzijds. Kort gezegd is onder verschillende omstandigheden gevonden dat de kwaliteitsfactor van de resonator toeneemt wanneer biofouling optreedt. Dit is dan zichtbaar door diepere minima in de amplitude versus frequentieplot. In deze fase van het project blijkt het nog moeilijk om onomstotelijk te bewijzen dat de signaalverandering daadwerkelijk door een biofilm wordt veroorzaakt. Reden hiervoor is dat de analyse van de biofilm destructief is en analyses bewerkelijk zijn. Kwantitatieve analyse van de relatie tussen signaal en biofilm wordt verder bemoeilijkt door mogelijke niet homogene biofouling in het bed van glasparels in de sensor. -1,00E+001 0,00E+000 2,00E+007 4,00E+007 6,00E+007 8,00E+007 1,00E+008 1,20E+008-1,10E+001-1,20E+001-1,30E+001-1,40E+001-1,50E+001-1,60E Time: 08: Time: 20: Time: 17: Time:23: Time: 10: Tome: 03: Time: 04:26-1,70E+001-1,80E+001-1,90E+001-2,00E+001 Frequency [Hz] Figuur 4.4.: Interpretatie data Coax-sensor t/m Maart: metingen na enten van het systeem met E.coli bacteriën De resultaten uit de periode t/m (zie foto 4.2.) kunnen als volgt samengevat worden: Visueel is aangroei nu ook onomstotelijk bewezen. Tijdens het proevenprogramma werd waargenomen dat de verbinding van de coaxkabels met de resonator robuuster moet worden gemaakt. Op basis van de duurproeven en een waargenomen effect van het verplaatsen van de installatie op het signaal, is een herontwerp van de onderkant van de resonator gemaakt. Tijdens het proevenprogramma werd waargenomen dat enkele keren een stoorsignaal waarneembaar was (las werkzaamheden?, pomp met groot vermogen in- en uitschakelen dicht in de buurt van de sensor). Dit stoorsignaal had via de rand-aarde invloed op het signaal dat door de coaxsensor werd geregistreerd. Dit type storing deed zich enkele keren voor en is acceptabel aangezien aan de signaalverandering duidelijk te zien is dat deze niets van doen heeft met biofilmvorming of verandering van de waterkwaliteit. Deze resultaten hebben tot het inzicht geleid dat softwarematig kan worden voorkomen dat bij dergelijke verstoringen een vals alarm wordt voorkomen en dat het wenselijk is een dergelijk algoritme te ontwikkelen. 26

27 Foto 4.2.a: sample circulatiewater Foto 4.2.b: samples van glas parels Mei: metingen tijdens afbraak van de biofilm met behulp van koper-zilver ionisatie De resultaten uit de periode 26-5 t/m kunnen als volgt samengevat worden: Er is in deze periode gemeten in het gebied van 1 MHz tot 80 MHz, met een resolutie van 1000 metingen / scan. Op om 13:00 uur is het doseren van koper en zilver ionen gestart. Signaal verschuift na 27 mei omhoog, dit geeft aan dat de biofilm verdwijnt. Note: de data van 28 en 29 mei zie je niet omdat deze nog onder de lijn van 27 mei ligt. Vanaf 29 mei gaat de lijn significant omhoog. Een belangrijk aanvullend resultaat, dat in deze periode in het FF3 project is verkregen, is dat de afbraak van de biofilm door dosering van zeer lage hoeveelheden koper- en zilverionen met de Coax-sensor gemeten kan worden. Deze dosering was zo laag dat deze nauwelijks invloed had op het signaal van de coaxsensor en naarmate de afbraak van de biofilm vorderde werd door de coaxsensor een signaalverandering in tegenovergestelde richting geconstateerd (omhoog) ten opzichte van signaalverandering bij biofouling (omlaag). Dit is een bevestiging van de werking van de sensor die op een andere wijze niet eenvoudig is te realiseren. Eindconclusie resultaten Coaxsensor Uit de experimenten volgt dat aangroei op de Coax sensor tot signaalverandering leidt. De Coax sensor moet gecombineerd worden met een flow/druk/temperatuur en geleidbaarheidssensor om de optredende signaalveranderingen te kunnen corrigeren voor fluctuaties in met name geleidbaarheid en temperatuur. De Coaxsensor kan ingezet worden in combinatie met koper en zilver ionisatie om te controleren of het leidingnet bij aanvang schoon wordt (bij de start van toepassing van koper/zilver ionisatie kan er een biofilm aanwezig zijn) en dat na enige tijd het systeem (nagenoeg) geen biofilm meer bevat. Vervolgens kan de sensor bewaken of het systeem schoon blijft. Bij een eventuele nieuwe biofilmvorming reageert het systeem binnen enkele dagen en kunnen passende maatregelen genomen worden voordat een risico op onverantwoorde vermeerdering van Legionella bacteriën optreedt. 27