AQUICIRC: grondwater aanvullen met gezuiverd afvalwater, vanop afstand bediend
Io-Things is partner in AQUICIRC en verzorgt op de Belgische proefsite de sturing en de monitoring. Onderzoekers bedienen en lezen de opstelling uit vanaf hun bureau.
In één oogopslag
Toepassing
Grondwateraanvulling, subirrigatie en monitoring
Project
AQUICIRC, Europees onderzoeksproject
Proefsite
Kinrooi, België
Onze rol
Partner: sturing en monitoring
ACHTERGROND
Situatie
Door langere droogteperiodes en een groeiende watervraag neemt de belangstelling voor circulair watergebruik toe. Rioolwaterzuiveringsinstallaties lozen grote hoeveelheden gezuiverd afvalwater dat opnieuw ingezet kan worden.
AQUICIRC onderzoekt hoe dat water gebruikt kan worden om grondwaterreserves aan te vullen. Die techniek heet managed aquifer recharge: water gecontroleerd in de ondergrond brengen, zodat de ondergrond zelf de buffer wordt.
Het consortium bestaat uit acht partners uit zes landen: Wageningen University (Nederland), University of Padova (Italië), Polytechnic University of Catalonia (Spanje), het National Agronomic Institute of Tunisia (Tunesië), Stellenbosch University en de University of the Western Cape (Zuid-Afrika), en in België de Vrije Universiteit Brussel en Io-Things.
De Belgische proefsite ligt in Kinrooi. Daar wordt gezuiverd effluent via een ondergronds subirrigatiesysteem geïnfiltreerd. De VUB volgt op wat er in het grondwatersysteem gebeurt.
DE VRAAG
Uitdaging
De onderzoekers willen niet alleen weten wat er gebeurt, maar ook waarom. Dat vraagt verschillende metingen tegelijk.
Hoe stuur je de toevoer van influent vanop afstand? Hoeveel water gaat er werkelijk door het systeem? Blijft het influent in de bodem, of stroomt er aan het einde nog water uit? Wat doet het grondwaterpeil? En verandert de saliniteit?
Meten en sturen moesten daarvoor in hetzelfde systeem zitten. Anders is een ingreep niet betrouwbaar te koppelen aan wat erop volgt.
De proefsite in Kinrooi, met de meetopstelling en de zonnepanelen op de perceelsgrens.
WAT WIJ DEDEN
De opstelling groeide over twee projecten
De installatie in Kinrooi is niet in één keer gebouwd. Ze begon in Project GROW, het onderzoek dat aan deze proefsite voorafging, en wordt binnen AQUICIRC verder uitgebouwd. In GROW waren wij leverancier; in AQUICIRC zijn we partner in het consortium.
Elke uitbreiding kwam er omdat een onderzoeksvraag scherper werd. Hieronder de drie stappen, met de aanleiding erbij.
Fase 1: de toevoer op afstand bedienen
Het begon bij de influenttoevoer. Gezuiverd afvalwater wordt tijdelijk in een buffervat opgeslagen en van daar via elektrisch bediende kleppen naar het subirrigatiesysteem gestuurd.
Wij bouwden de telemetrische sturing daarvoor, op een industriële Revolution Pi-module die in ons platform is geïntegreerd. Onderzoekers starten en stoppen de toevoer vanaf hun bureau en passen een experiment aan zonder naar Kinrooi te rijden.
Fase 2: blijft het influent in de bodem?
Een volgende vraag ging over het einde van het systeem. Infiltreert al het influent in de bodem, of stroomt er verderop nog water uit?
Daarvoor kwam achteraan het proefveld een meetput met een debietmeter, ongeveer honderd meter van de sturing. Op die plek is geen netspanning beschikbaar. Wij maakten een autonome voeding met zonnepaneel en batterij, zodat een bestaande ultrasone debietmeter en een elektrisch bediende afsluiter er continu konden werken.
Met die opstelling konden de onderzoekers die vraag beantwoorden.
Fase 3: onderhoudsarm meten op het laatste punt
De meetput staat op het laatste punt van de subirrigatie, en dat maakt die plek dubbel bruikbaar. Tijdens de irrigatieperiode dient het systeem voor subirrigatie; in de winter kan het als peilgestuurde drainage worden ingezet. Over de werkelijke debieten bij peilgestuurde drainage is over een volledig seizoen vaak weinig bekend, en hier zijn ze te meten.
De opstelling met zonnepaneel en batterij werkte, maar vroeg aandacht voor een meetreeks die jaren moet lopen. Op basis van die ervaring stelden we een energiezuiniger oplossing voor: een KROHNE WATERFLUX 3070 F, een elektromagnetische debietmeter met ingebouwde batterij, dus zonder externe voeding. Die opdracht kregen we daarna om uit te werken. Tijdens de irrigatieperiode kan het systeem zo zonder grote energiebehoefte nauwkeurig meten of er aan het einde uitstroom van irrigatiewater is.
Onze logger leest via Modbus het debiet en de meet- en statusgegevens uit, zodat onderhoud voorspelbaar ingepland kan worden.
Een praktisch voordeel van deze meter is de geïntegreerde leidingvuldetectie. De meter kan aangeven wanneer de leiding niet volledig gevuld is, zodat meetwaarden uit die periodes als onbetrouwbaar kunnen worden gemarkeerd.
RESULTAAT
Resultaat
Onderzoekers beschikken over een proefveld dat op afstand bediend en uitgelezen wordt, met:
- bediening van de subirrigatie vanop afstand;
- continue opvolging van het influentdebiet;
- continue opvolging van de grondwaterstanden;
- realtime monitoring van de saliniteit;
- debietmeting op het laatste punt van het systeem, zomer en winter;
- minder terreinbezoeken;
- historische meetreeksen voor verdere analyse.
TECHNIEK
Gebruikte oplossing
- Telemetrische sturing op basis van een industriële Revolution Pi-module
- Elektrisch bediende kleppen op het influentvat
- KROHNE WATERFLUX 3070 F elektromagnetische debietmeter, uitgelezen via Modbus
- HydrioSense-piëzometers
- Saliniteitsmonitoring
- Realtime IoT-communicatie
- Online beheer en monitoring
GELEERD
Wat we hieruit meenemen
Dit is het project waarin meten en sturen bij ons voor het eerst samenkwamen. Zodra een systeem iets kan aanzetten in het veld, verschuiven de eisen. Bij een sensor is een gemiste meting hinderlijk. Bij een sturing is een gemist commando een probleem, en een ongewild commando erger.
Daarom staat de sturing op een industriële module met een bekabelde voeding, en niet op de batterijgevoede hardware waarmee we meten.
De overgang van fase 2 naar fase 3 is gelopen zoals onderzoek vaak loopt. De eerste opstelling gaf antwoord op de vraag van dat moment en liet zien wat er voor een meetreeks van jaren beter kon. Op basis daarvan stelden we een energiezuiniger oplossing voor, en die hebben we vervolgens in opdracht uitgewerkt.
Wat partner zijn daarbij oplevert: we horen een onderzoeksvraag ontstaan in plaats van hem in een bestek te lezen. Dat bepaalt mee wat we standaard gaan aanbieden.
Hebt u een onderzoeksproject?
Vertel ons wat u wil meten en of u ook moet kunnen ingrijpen. We denken mee over de opstelling.