Drijflaagvorming in rioolgemalen niet langer een ‘black box’

Nooit eerder zijn data verzameld rond processen die drijflagen van vet en olie veroorzaken in rioolgemalen. Het beoordelen van mitigerende maatregelen om verstoppingen en andere problemen te lijf te gaan, is daarom alsof je met een ‘black box’ werkt. Het project FATracker betekent hierin een keerpunt. Een slimme tool geeft real-time inzicht wat binnenin een pompstation met de drijflagen gebeurt. “Met een prototype hebben we kunnen aantonen dat het in de praktijk echt werkt”, aldus Antonio Moreno-Rodenas, wetenschapper bij Deltares.

Wanneer storingen in rioolgemalen optreden, komt dit vaak doordat zich hierin oliën en vetten afzetten. Deze zijn afkomstig van bijvoorbeeld huishoudens en restaurants, wanneer de stoffen bij de voedselbereiding via de gootsteen verdwijnen. Tot op heden is het oplossen van dergelijke problemen een kostbare en onhygiënische klus. De drijflagen moeten periodiek worden opgeruimd, aangezien rioolgemalen er niet op zijn gebouwd om dit zelf te doen. Uiteraard is voorkomen beter dan genezen, maar het ontwerpen van maatregelen die opeenhoping en transport van oliën en vetten tegengaan is lastig. Dat komt omdat het inzicht ontbreekt welke processen hieraan ten grondslag liggen. Een problematiek waarbij men letterlijk in het duister tast, maar waar het project FATracker, dat onlangs is afgerond, verandering in brengt.

Data verzamelen

Alles begint met het verzamelen van data, vertelt Moreno-Rodenas, onderzoeker in de interactie tussen vloeistofmechanica en de omgeving. “Het is bekend dat oliën chemische reacties ondergaan, waardoor het harde zeepachtige substanties worden. Deze mengen zich met alles wat zich in het riool bevindt: tissues, textiel, plastics en alle andere afval. Daaruit vormen zich harde, drijvende lagen, soms wel meer dan twee meter dik. Maar in de wetenschappelijke literatuur zijn praktisch geen gegevens te vinden over de achterliggende processen of relaties met bijvoorbeeld gebiedskenmerken. Op welke tijdschaal spelen deze processen zich bijvoorbeeld af? Zijn ze seizoensgebonden? We weten er gewoon nog onvoldoende van.”

Real-time monitoring

Met veel kennis over het gebruik van beeldmateriaal als informatiebron in de watersector, was Deltares de aangewezen partij om licht op de drijflaagproblematiek te werpen. Moreno-Rodenas vertelt dat gemeente Rotterdam snel was te vinden om samen een TKI-project te starten. Dit was mede ingegeven door eerdere samenwerkingsverbanden rond afstudeer- en promotieprojecten. Ingenieursbureau Rotterdam vormde de derde partij in het consortium. “We wilden een systeem ontwikkelen dat in staat is om de accumulatie van drijflagen aan het wateroppervlak in rioolgemalen automatisch te monitoren, zowel op korte als lange tijdschalen. Daarmee zouden we data kunnen verzamelen en mogelijk mitigerende maatregelen kunnen formuleren en testen.” Het werd de FATracker: het real-time maatje van de beheerder, zoals Deltares de innovatie zelf noemt. Het kennisinstituut leverde in het project de wetenschappelijke en technische kennis. Ingenieursbureau Rotterdam verzorgde de logistieke en facilitaire randvoorwaarden, zoals de toegang tot het rioolgemaal, het tussentijds schoonmaken hiervan, en het verstrekken van waardevolle technische en wetenschappelijke kennis over de werking van rioolgemalen.

“Deze ontwikkeling is cruciaal om maatregelen tegen drijflagen op waarde te weten inschatten.”

Zelflerend algoritme

Het ontwikkelde prototype is briljant in zijn eenvoud. Het bestaat uit een microcomputer, voorzien van een camera met wifi-verbinding. Gedurende ruim een jaar is het systeem in een Rotterdams pompstation geplaatst om een berg aan foto’s van het wateroppervlak in de zuigkelder te verzamelen. “We hebben de computer met een algoritme geleerd om op de foto’s onderscheid te kunnen maken tussen verschillende typen oppervlakten: water, drijflaag, muur of pijp”, vertelt Moreno-Rodenas. “Elke twee minuten werd automatisch een beeld gemaakt en bewerkt. De bevindingen zijn gepubliceerd in de wetenschappelijke paper ‘Deep-learning based monitoring of FOG layer dynamics in wastewater pumping stations’. Het is voor het eerst dat zulke data real-time zijn verzameld in een pompstation en niet in een lab. Deze ontwikkeling is cruciaal om maatregelen tegen drijflagen op waarde te weten inschatten. In potentie betekent dit een einde aan het toepassen van ingrepen in een pompstation en pas na verloop van tijd naar binnen gaan om te kijken of het heeft geholpen.”

RIONEDinnovatieprijs

Hoe veelbetekenend de innovatie is, blijkt uit het feit dat FATracker de RIONEDinnovatieprijs 2022 heeft gewonnen. Volgens stichting RIONED, de brancheorganisatie voor professionals in de openbare riolering en het stedelijk waterbeheer, genereert FATracker belangrijke data over hydraulische processen, zoals waterpeil, draaikolken en snelheidsvelden. Voor Moreno-Rodenas betekent de onderscheiding een erkenning van alle inspanningen die nodig zijn om iets van de grond af aan op te bouwen. “Vooral in de civiele techniek is het een uitdaging om mensen zover te krijgen om te investeren in een innovatie. De innovatieprijs laat zien dat het waard is om in deze tool te investeren. Wat mij betreft is het belangrijkste resultaat van FATracker dat we hebben aangetoond dat het mogelijk is om op basis van beeldvorming en Artificiële Intelligentie meer begrip te ontwikkelen over kwanitatieve processen. We kunnen deze kennis ook toepassen in andere domeinen, bijvoorbeeld voor de automatische detectie van hydraulische structuren op basis van satellietgegevens of als vroegtijdig waarschuwingssysteem voor vegetatiebloei die een bedreiging vormt voor de inlaat van elektriciteitscentrales.”

“De innovatieprijs laat zien dat het waard is om in deze tool te investeren.”

Vervolgproject

Met het prototype zijn nog geen concrete relaties vastgelegd tussen algemeen heersende omstandigheden in een rioolgemaal en de vorming en accumulatie van drijflagen, vertelt Moreno-Rodenas. “Belangrijke reden hiervoor is dat data zijn verzameld in slechts één pompstation. Bovendien was de situatie afwijkend omdat COVID tussendoorkwam. Met het sluiten van de restaurants – belangrijke leveranciers van oliën en vetten in het rioolwater – levert dit geen gangbaar beeld op. Maar de resultaten van het prototype zijn zo veelbelovend dat een vervolg TKI-project in de maak is: FATracker II. Omdat drijflaagvorming van pompstation tot pompstation verschilt, kunnen we onze bevindingen nog niet generaliseren. Daarom gaan we in dit vervolgproject opschalen, voorlopig naar zeven nieuwe locaties. Onder andere gemeente Arnhem, Waterschapsbedrijf Limburg en Ingenieursbureau Rotterdam voegen zich bij ons consortium.” Er ligt nu een robuust prototype, maar in het antwoord op de vraag wanneer dit over heel Nederland kan worden uitgerold bouwt Moreno-Rodenas de nodige reserves in. “Het prototype is nog niet klaar voor industriële opschaling”, legt de onderzoeker uit. “Er is nog steeds een aanzienlijke kloof tussen onderzoeksgerichte hardware en een robuust product dat aan een pompmanager kan worden gegeven voor zelfbediening. Ik zou graag zien dat deze kloof op een dag wordt overbrugd. Aan de andere kant zie ik TKI als een uitstekend aanjaagmiddel voor innovatie. Het is een enorme stimulans voor de industrie om te investeren in onderzoek gericht op het vinden innovatieve oplossingen voor een specifiek probleem. FATracker was daar een heel goed voorbeeld van, omdat we hebben kunnen aantonen dat het prototype in de praktijk ook echt werkt.”

Het FATracker-project is ontwikkeld door het Ingenieursbureau Rotterdam (IBR) en Deltares.