Norsk forsyningsselskap beregner faktiske kostnader for inntrenging av avløpsvann

Tilsig av overvann og infiltrasjon av grunnvann i avløp er en konstant driftsutfordring, men et vannverk i Norge får bedre forståelse av nettet sitt med en innovativ digital tilnærming, sier Marco Westergren, analysesjef i InfoTiles.

Innsig og infiltrasjon (I&I) av overvann og grunnvann i avløpsnettet kan påføre vannverkene betydelige kostnader til pumping, behandling og utslipp av overflødig vann. I Norge brukes InfoTiles' digitale vann- og avløpshåndteringssystem av en kommune for deteksjon av uvedkommende vann og sanntidsovervåking av uvedkommende vann i avløpsnettet, og har allerede redusert antall driftsforstyrrelser.

Ved hjelp av systemets integrerte tingenes internett (IoT) og maskinlæringsteknologier, sammen med eksisterende sanntidsdata fra SCADA-systemene, oppdaget operatørene at pumpene presset 5 millioner m3 avløpsvann gjennom systemene per år, hvorav minst 1 million m3 var vann fra I&I. De ekstra driftskostnadene for selskapet ved å behandle dette fremmede avløpsvannet var opptil 2 millioner euro, ikke inkludert energikostnadene ved å transportere vannet til renseanlegget.

Overbelastning av systemet

For mange forsyningsselskaper og kommuner kan tilsig og infiltrasjon i gjennomsnitt utgjøre 20-50 prosent av den årlige gjennomstrømningen i avløpsnettet, men under snøsmelting og våte høster i Norge kan tallet regelmessig komme opp i 80-90 prosent.

Innsig er overvann som strømmer inn i avløpsledninger gjennom feil som hull, sprekker, skjøtesvikt og ødelagte forbindelser. Infiltrasjon oppstår når grunnvann kommer inn i avløpsnettet gjennom feil i rørene, noe som forsterker gjennomstrømningen.

Det er anerkjent at det meste av I&I skyldes aldrende infrastruktur som krever vedlikehold eller utskifting, men noe skyldes også feilkoblinger, for eksempel bygningsavløp og hustak som er koblet til feil rør. Når dette vannet trenger inn i avløpsnettet, kan det overbelaste systemet, noe som er en særlig risiko i perioder med kraftig regn eller uvær.

I verste fall kan det føre til utslipp av ubehandlet avløpsvann i miljøet og forurensning av elver og hav. Det øker også risikoen for krysskontaminering av drikkevann, der forurenset vann fra miljøet kommer inn gjennom feil i rene vannledninger.

Økt hyppighet og intensitet av nedbør som følge av et klima i endring forverrer problemet, noe som gjør avløpsnettet stadig mer sårbart for svikt og utsetter miljøet for større risiko. Videre vil rørledningens integritet bare forringes over tid hvis den ikke behandles, noe som øker volumet av inntrengende vann som må behandles.

Væranalyse

Utfordringen for InfoTiles, som har hovedkontor i Stavanger i Norge, og dets samarbeidspartner var å finne ut når og hvor I&I inntraff, og bestemme seg for passende tiltak. InfoTiles-plattformen bruker SCADA-kontrollsystemdata sammen med meteorologiske data for å analysere avløpsnettets oppførsel i tørt og vått vær. Ved hjelp av informasjon fra pumpestasjoner i sanntid beregner modellen det totale og overskytende volumet som transporteres, slik at operatørene ikke bare kan se værrelaterte trender, men også de resulterende kostnadene både når det gjelder behandling og strømutgifter.

Når problemområder er identifisert, kan søkeområdet begrenses ved hjelp av kompakte IoT-enheter innenfor samme plattform. Noen pumpestasjoner har flere inntak eller lange oppstrøms rørledningsnettverk. Ved å måle forskjellige grener selektivt er det mulig å identifisere nøyaktig hvor vannet trenger inn eller utelukke områder som ikke er problemet.

Sensorenheter plassert på kritiske punkter i nettverket kan samle inn ytterligere meteorologiske data som nedbør, problematiske terskler for regnvolum eller sesongvarierte følsomheter. Dette mates inn i et sentralt dashbord, og disse detaljerte målingene kan deretter analyseres av vannforvaltere og operatører.

Utfordrende investeringsbeslutninger

For InfoTiles' norske partner viste programvaren at omtrent 50 % av I&I ble håndtert av bare fire av de 27 pumpestasjonene, noe som gjorde det mulig for vedlikeholdsteamene å målrette ytterligere datainnsamling og prioritere vedlikehold og reparasjoner.

Analysen viste at en rekke pumper var konstant overbelastet med I&I - selv under tørre værforhold. Det ble avdekket at oppstrøms rør som lå nær bredden av en elv, var lagt i jord som var mettet av vann. Avløpsnettet absorberte unødvendig mye grunnvann, som deretter ble transportert, renset og sluppet ut i elven igjen.

De fire pumpestasjonene som ble identifisert, hadde allerede blitt valgt for oppgradering på grunn av den eksisterende belastningen, men med innsikten som ble oppnådd ved hjelp av InfoTiles' programvare, kunne denne beslutningen utfordres. Det ble besluttet at en bedre investering ville være å forbedre integriteten til avløpsnettet oppstrøms.

Med mangel på detaljert kunnskap om hvor og når I&I oppstår, velger mange vannverk å øke kapasitetsinvesteringene i transport og rensing av avløpsvann for å unngå at systemene blir overbelastet. Selv om dette kan redusere risikoen for forurensningshendelser, øker det også kostnadene for kundene og løser ikke det underliggende problemet.

Redusere energi- og karbonkostnader

Energi utgjør en betydelig del av de ekstra behandlings- og transportkostnadene ved behandling av I&I. Å redusere energiforbruket representerer derfor også en potensiell besparelse på driftsutgiftene.

Det norske vannverkets energikostnader nådde rekordhøye 0,7€/kWh i 2022, en dramatisk økning i forhold til året før på grunn av energikrisen i hele Europa, og i tillegg til andre prisøkninger, blant annet for kjemikalier til avløpsrensing. Med utgangspunkt i vannverkets gjennomsnittlige I&I på 1 million m3 vann, betyr dette at vannverket sto overfor en total ekstra driftskostnad på minst 2 millioner euro, 165 000 kWh ekstra strømforbruk og 4,1 tonn ekstra karbonutslipp.

Ekstra energiforbruk representerer også høyere karbonavtrykk, så nøyaktig identifisering og utbedring av I&I kan hjelpe forsyningsvirksomheter med å oppfylle karbonforpliktelser, inkludert netto nullmål.

Målrettede investeringer

Ved å bruke InfoTiles digitale vann har den nøyaktige plasseringen, kostnadene, besparelsene og løsningene for I&I blitt tydeligere for vannverket. Bedre informerte kapital- og driftsmessige investeringsbeslutninger kan tas for å forbedre de mest sårbare delene av avløpsvanninfrastrukturen og -prosessene.

Uten nøyaktig I&I-overvåking kan vannverkene foreta feilinvesteringer, inkludert oppgradering av pumper, utskifting av rør og oppgradering av renseutstyr. Dette kan føre til stadig økende driftsutgifter til energi og vedlikehold ettersom overflødig vann fortsetter å komme inn i nettet og gjennomgå behandling.

Magne Eide, Chief Commercial Officer i InfoTiles, sier: "Ved å samarbeide tett med det norske kraftselskapet for å forstå og håndtere I&I-utfordringene, har InfoTiles demonstrert beste praksis på dette utfordrende området. Vi ønsker å dele denne utviklingen bredt, slik at andre organisasjoner kan forstå fordelene som digital transformasjon kan gi viktige kritiske operasjoner.

"Med digital programvareteknologi som InfoTiles kan vannverkene få tilnærmet sanntidsdata om I&I og bruke dem til å foreta beregninger og ta informerte beslutninger. For de vannverkene som satser på digital transformasjon, representerer overvåking og forståelse av I&I en betydelig mulighet til å redusere de totale utgiftene, beskytte miljøet og levere bedre tjenester til kunder og lokalsamfunn."