„All-in-One“-Sensor soll für sicheres Trinkwasser sorgen
Mikrobielle Krankheitserreger, chemische Verunreinigungen und andere gefährliche Stoffe stellen eine kritische Gesundheitsbedrohung für die Trinkwasserversorgung dar. In der Tat schätzt die WHO, dass 80 % der Krankheiten durch Wasser übertragen werden. „Zu den Hauptursachen für die Verschmutzung des Süßwassers gehören die Einleitung ungeklärter Abwässer, die Verklappung von Industrieabwässern und der Abfluss von landwirtschaftlichen Flächen“, erklärt CENSE-Projektkoordinator Franck Barrere von EFS in Frankreich. „Trinkwasserversorgungssysteme sind außerdem gefährdete Ziele bei terroristischen Anschlägen.“
Herausforderungen bei der Chlormessung
Die Europäische Trinkwasserrichtlinie schreibt vor, dass Trinkwasser frei von Mikroorganismen, Parasiten oder Substanzen sein muss, die die menschliche Gesundheit gefährden könnten. Um mögliche Gesundheitsgefahren zu beseitigen, ist in einem Großteil des desinfizierten Wassers in der westlichen Welt Chlor enthalten. Der Chlorgehalt muss zwischen 0,3 mg/l und 1,0 mg/l liegen, damit die Kontaminanten wirksam und ohne Gesundheitsschädigung des Menschen entfernt werden können. Die Einhaltung dieser Werte lässt sich ohne genaue und kontinuierliche Messungen entlang des gesamten Verteilungsnetzes nur schwer gewährleisten. „Als wir 2010 auf einem Workshop die Wasserversorgungsunternehmen zu den wichtigsten Themen im Zusammenhang mit der Trinkwasserüberwachung befragten, lautete die überwältigende Antwort, dass das Problem der Chlorsensoren gelöst werden müsse“, so Barrere. „Verteilungsnetze stellen raue Bedingungen für den Betrieb von Sensoren dar. Bestehende Lösungen – einschließlich kolorimetrischer Methoden und elektrochemischer Verfahren – sind nicht immer ideal für den Einsatz in Rohren. Wir erkannten, dass eine exakte und kosteneffiziente Lösung für diese Herausforderung erforderlich wurde.“
Sensoren für extreme Bedingungen
Ziel des CENSE-Projekts war es, eine Sonde zu entwickeln, die in der Lage ist, kontinuierlich wichtige Wasserparameter zu messen, um die Wasserqualität und das ordnungsgemäße Funktionieren der Verteilungsnetze sicherzustellen. Konkret hatten Barrere und sein Team eine „All-in-One“-Sonde vor Augen, die sechs Sensoren zur Überwachung der Wasserqualität in sich vereint: Temperatur, Trübung, Druck, Leitfähigkeit, Durchflussmenge und Chlor. „Um dies zu erreichen, mussten zunächst technologische Hindernisse beseitigt werden“, sagt Barrere. „Dabei haben wir uns auf einen niedrigen Energieverbrauch, Miniaturisierung und Widerstandsfähigkeit gegenüber schwierigen Bedingungen konzentriert.“ Anschließend wurden verschiedene Sensoren und Komponenten getestet und validiert. Schließlich wurde in Zusammenarbeit mit Wasserversorgungsunternehmen eine Serie von 15 kompletten Sonden für Tests im Labor und vor Ort ausgetüftelt und hergestellt. „Wir haben auch Marktstudien in Frankreich, Europa und der ganzen Welt durchgeführt, um unser Produkt zu positionieren und die wichtigsten Marketingbedürfnisse zu ermitteln“, fügt Barrere hinzu.
Sicherstellung von sauberem Trinkwasser
Barrere und seinem Team ist es gelungen, das Design ihrer Sonde zu validieren und zu zeigen, dass sie auch unter extremen Bedingungen funktioniert und das Wasser überwacht. Hauptnutznießer dieser neuen Technologie werden die Trinkwasserversorgungsnetze sein, da sie die Sonden als Teil ihrer intelligenten Wasserwirtschaftslösungen installieren können. „Damit können sie die Wasserqualität kontinuierlich überwachen und die Desinfektion durch den Einsatz optimierter Chlormengen verbessern“, erklärt Barrere. „Gemeinden und ihre Bürgerinnen und Bürger werden dann von einer sichereren Trinkwasserversorgung profitieren.“ Entscheidend ist, dass die Sonden auch zum Aufspüren von Lecks verwendet werden könnten. Unglaubliche 20 % des Trinkwassers gehen in der Verteilungskette verloren, was mit erheblichen wirtschaftlichen und ökologischen Kosten verbunden ist. Die frühzeitige Erkennung von undichten Stellen würde es erlauben, Reparaturen schnell und wirksam durchzuführen, was zu Kosteneinsparungen und einer effizienteren Nutzung der wertvollen Ressource führt. Die nächsten Schritte umfassen die Feinabstimmung des endgültigen Designs der Sonden sowie die Durchführung weiterer Tests. Drei Patente werden derzeit gesichert, und Barrere geht davon aus, dass die Kommerzialisierung noch vor Ende 2023 anlaufen wird.
Schlüsselbegriffe
CENSE, Wasser, Gesundheit, Chlor, Sensoren, mikrobiell, Kontaminanten, Krankheitserreger
