PDF Basket
Nasze systemy wodno-kanalizacyjne pracują pod ciągłym obciążeniem. Coraz silniejsze i coraz bardziej nieprzewidywalne burze mogą doprowadzić do przeciążenia infrastruktury, powodując przedostawanie się ścieków do rzek i jezior. W takich wypadkach ulepszone systemy monitorowania pozwalają na szybkie podejmowanie działań, zapewniając utrzymanie jakości wody i ochronę obywateli.
Finansowany przez UE projekt DWC pokazał, jak wykorzystanie inteligentnych technologii cyfrowych umożliwia bardziej efektywne i sprawne monitorowanie wody. Zanim rozpoczęto projekt, tego rodzaju technologie były mało popularne ze względu na brak realistycznych przypadków biznesowych i konkretnych dowodów na ich skuteczność.
Zademonstrowanie wartości dodanej cyfryzacji
W ramach projektu pięć dużych europejskich miast – Berlin, Kopenhaga, Mediolan, Paryż i Sofia – przetestowało nowe rozwiązania w zakresie monitorowania. „Każde z tych miast boryka się z odmiennymi wyzwaniami”, wyjaśnia koordynator projektu Nicolas Caradot z Kompetenzzentrum Wasser Berlin w Niemczech. „Pomysł polegał na tym, aby zidentyfikować i opracować rozwiązania tych konkretnych problemów”.
Jednym z kluczowych wyzwań w centrach miast ze starszą infrastrukturą jest połączenie systemów kanalizacji ściekowej i burzowej. Może to powodować przedostawanie się ścieków do rzek podczas burz, jak miało to miejsce podczas Igrzysk Olimpijskich w Paryżu, kiedy zawody pływackie w Sekwanie musiały zostać przełożone z powodu zanieczyszczenia wody.
Dla uczestniczących w projekcie miast kluczowe kwestie dotyczyły potrzeby lepszego zarządzania przepływami sieci kanalizacyjnej podczas burz, monitorowania jakości wody w rzekach, optymalizacji kosztów obsługi i utrzymania oraz bezpiecznego oczyszczania i ponownego wykorzystania ścieków komunalnych do nawadniania upraw rolnych.
„To były główne problemy, jakie zidentyfikowaliśmy”, mówi Caradot. „Następnie zaangażowaliśmy 15 innowacyjnych podmiotów i pracowaliśmy nad stworzeniem rozwiązań cyfrowych. Każde z rozwiązań zostało przetestowane w co najmniej jednym z badanych miast. Naszym celem było pokazanie, jaką wartość dodaną wnosi transformacja cyfrowa w praktyce”.
Pomyślne testy zautomatyzowanych systemów
Wśród rozwiązań, które pomyślnie przeszły testy, znalazł się system czujników, który błyskawicznie informuje operatorów o ryzyku zanieczyszczenia wody. System został przetestowany w Sekwanie w Paryżu, a także w Berlinie i Mediolanie.
„Wcześniej trzeba było zabrać próbkę do laboratorium i czekać 24 godziny na wynik”, dodaje Caradot. „Przy pomocy tej technologii wynik można otrzymać w ciągu kilku godzin, bezpośrednio na miejscu”.
Główną wadą standardowych metod laboratoryjnych jest brak możliwości dokładnego oznaczania stężenia bakterii w miejskich wodociągach. To sprawia, że nie nadają się one do przeprowadzania oceny ryzyka mikrobiologicznego na obszarach skażonych ściekami komunalnymi.
Nowy czujnik rozwiązuje ten problem, gdyż umożliwia oznaczanie zarówno fitoplanktonu (bakterii swobodnie pływających), jak i bakterii kałowych (w tym tych zagregowanych na cząstkach kału), co oznacza dokładniejsze oceny ryzyka i skuteczniejszą ochronę zdrowia publicznego.
Ponadto zespół opracował oparty na uczeniu maszynowym system wczesnego ostrzegania pozwalający na poprawę kontroli wody w kąpieliskach. System pozwolił przewidzieć jakość wody z kilkudniowym wyprzedzeniem z dokładnością do 95% i zapewnić wczesne ostrzeganie o pogorszeniu jakości wody. „Zebraliśmy dane dotyczące takich parametrów jak opady deszczu, przepływ ścieków i jakość oczyszczania, a następnie zastosowaliśmy algorytm uczenia maszynowego do przewidywania jakości wody, ograniczając w ten sposób konieczność wykonywania pomiarów fizycznych”, wyjaśnia Caradot.
Na potrzeby sieci kanalizacyjnych opracowano niedrogie rozwiązanie monitorujące, które umożliwia operatorom monitorowanie ogromnej liczby połączonych wylotów przelewów burzowych. Opracowano także czujniki w celu monitorowania problematycznych połączeń między systemami kanalizacji ściekowej i burzowej.
Pomaganie w kształtowaniu przyszłej polityki
Od czasu zakończenia projektu opracowane w jego ramach narzędzia są już wykorzystywane w Europie. Należy do nich system wczesnego ostrzegania pozwalający na bezpieczne ponowne wykorzystanie wody w rolnictwie, który jest obecnie stosowany we Włoszech. W Kopenhadze działa już system wspomagania decyzji wykorzystujący algorytmy do lepszego zarządzania wodą deszczową.
„W projekcie powstało też wiele pionierskich rozwiązań, które nie były gotowe do wprowadzenia na rynek, ale wykazują duży potencjał”, zauważa Caradot. „Są to na przykład czujniki enzymatyczne do monitorowania jakości wody oraz oparty na uczeniu maszynowym system wczesnego ostrzegania o jakości wody w kąpieliskach”.
Caradot z zespołem ubiegają się obecnie o dalsze dofinansowanie ze środków UE. Celem jest połączenie dwóch innowacji – czujników jakości wody i modelowania komputerowego – aby wprowadzić je na rynek w postaci jednego narzędzia. „Chcemy także zastosować to rozwiązanie w innych dziedzinach, takich jak akwakultura, rolnictwo i ochrona wody pitnej”, dodaje.
Projekt DWC był realizowany w ścisłej współpracy z innymi inicjatywami finansowanymi przez UE, w tym SCOREwater i Fiware4Water, dzięki czemu powinien wywrzeć długofalowy wpływ na sektor monitorowania jakości wody w Europie. Jego owocem jest także raport nt. polityki, który wskazuje na istniejące luki prawne i proponuje najważniejsze zalecenia w tej dziedzinie. „To podstawowe źródło nie tylko dla nas, ale także dla innych badaczy i decydentów”, mówi Caradot. „Ma on na celu pomoc w kształtowaniu przyszłej polityki”.