IoT технологии в третирането на води

Водата е един от най-ценните природни ресурси, който с бързото развитие на промишлеността и засилената урбанизация се изчерпва все по-бързо. Необходимостта от възприемане на иновативни технологии като Интернет на нещата (Internet of Things, IoT), облак-базирана виртуализация и моделиране на данните става все по-голяма, особено в областта на третирането на отпадъчни води.

Управлението на води е отговорен процес, в който диапазонът за допускане на грешки е тесен. Ако дори едно устройство в мрежата за мониторинг загуби свързаност, това може да доведе до значителна загуба на вода или повреда в мрежата. Надеждността и издръжливостта на компонентите са от първостепенно значение, както и оперативната съвместимост между сензорите и комуникационните предаватели. Всички тези фактори трябва да са налице, за да бъде ефективно внедряването на дистанционен мониторинг.

В областта на третирането на води индустриалните IoT системи намират приложение например при мониторинга в реално време на съдържанието на хлор във водоснабдителните мрежи, наблюдение на изменението на налягането в тръбите и употребата на ултразвукови сензори за осигуряване на възможност за ранно предупреждаване на ВиК операторите за предстоящи събития.

Понастоящем организациите във водния сектор до голяма степен зависят от системите за управление и събиране на данни (SCADA) за наблюдението на определени части от водоразпределителните системи. Практическото разполагане на мониторинговите точки обаче често ограничава приложението на тези решения.

Напредъкът на Интернет на нещата във водния сектор спомага за подобряване на управлението на водите, осигурявайки безжична автоматизация на системите в цялата мрежа. IoT свързва в мрежа всички обекти и устройства, оборудвани с електронни сензори, и позволява осъществяването на връзка между тях и задаването на команди за изпълнение на различни функции.

Внедряването на интернет свързаност при индустриални активи с разпръснато разпределение е особено предизвикателно начинание. Индустриалните IoT устройства (IIoT) обикновено се разполагат на отдалечени места, за да се достигне до трудни за физически достъп обекти и да се осигури онлайн информация в реално време. Пример за това са сензорите, разположени в отдалечени резервоари или в подземни наблюдателни отвори.

Тези устройства трябва да бъдат устойчиви, за да издържат на корозивни химикали, газове и течности. Освен това, за да се даде възможност на операторите да получават информация в реално време в обхвата на цялата мрежа, може да се изисква употребата на стотици сензорни компоненти. Всеки датчик има нужда от надеждно захранване и комуникационна мрежа, за да продължи да работи през цялото време. Достъпът също е предизвикателство в доста случаи – например за изграждане на мрежа за наблюдение на сероводород (H₂S) в канализационната система сензорите трябва да работят с батерии, предлагащи дълъг експлоатационен живот. Ако това не е осигурено, ще се стигне до завишаване на разходите за поддръжка.

Принципи и приложения
Физическото присъствие на персонал, който да отговаря за надзора на дейностите в съоръженията за третиране на отпадъчни води, винаги ще е необходимо, но за това се изразходват 30% от оперативните разходи на пречиствателната станция. Нововъзникващите IoT технологии използват предимствата на автоматизацията, целейки да намалят изискването за ангажираност на операторите. В управлението на водите се използва концепцията за интелигентни сензори, инсталирани на различни места във водната система. Те могат да събират данни и да ги изпращат обратно до системите за наблюдение. С помощта на интелигентната IoT технология, внедрена в множество компоненти от водоснабдителната мрежа, може да се осигури и възможност за намаляване на загубите. Прилагането на този нов технологичен подход в някои случаи се обуславя и от регулаторни изисквания.

В основата на концепцията за IoT технологии при пречистването на води е надеждна комуникационна система, която се използва за изпращане на данни по безжичен път от физическите обекти до компютър, свързан с облака, който разполага със съответния интелигентен софтуер за анализирането на тази информация.

Чрез приложения за смартфон и таблет, които се свързват с облака, ВиК операторите могат да имат достъп до данните от IoT сензора в реално време. Тези мобилни устройства могат да предоставят ценна информация за цялата мрежа например на техници, инженери и друг персонал, отговарящ за управление на пречиствателните съоръжения.

В областта на пречистването на питейни води един интелигентен IoT сензор може да послужи за проследяване на качеството, налягането и температурата на водата. Всъщност, такова иновативно решение за измерване на дебит може да се използва от водоснабдителните дружества за мониторинг на водния поток в цялата пречиствателна станция и дори в разпределителните канали.

Посредством интелигентни датчици за откриване на течове неизправностите като например спукани тръби, могат да бъдат локализирани лесно и бързо. При регистриране на теч тези устройства генерират незабавно предупреждение и го подават към табло за дистанционно управление. Благодарение на навременното предприемане на корективни действия може да се предотвратят и ограничат щетите, както и да се намалят загубите на вода.

IoT технологиите намират приложение в пречистването на отпадъчни води и чрез интелигентни сензори за измерване на количеството остатъчни химикали след третирането. Чрез предоставената от тях информация може да се изчисли ефективността на избрания пречиствателен процес и да се гарантира, че освободеното количество химикали остава в допустимите граници.

Тази мрежа от сензори и комуникационни технологии за интелигентен воден мениджмънт дава възможност на предприятията да се възползват от предимствата на анализа на големи масиви от данни, съхраняването в облак и мобилните изчисления, които допринасят за реализиране на практически подобрения и редуциране на разходите. Въвеждането на IoT във водния сектор позволява оперативните центрове на системата за управление и мониторинг на водите да бъдат разположени навсякъде.

Предимства за операторите
Повишаване ефективността на процесите. IoT технологиите дават възможност за прилагане на оперативен контрол в реално време и вземане на по-интелигентни бизнес решения, което от своя страна намалява оперативните разходи. Чрез използването на данни в реално време от сензорите и изпълнителните механизми операторите могат да наблюдават и подобряват съоръженията за управление на водите, като ги правят по-ефективни, намаляват разходите за енергия и минимизират човешката намеса.

Проследяване на активите. С подобрено проследяване на активите (машини, оборудване, инструменти и др.), използващи сензори, компаниите от водния сектор могат да се възползват от по-висока прозрачност и видимост за състоянието на съоръженията и веригите за доставки. Те могат лесно да локализират активите си и да извършват превантивна поддръжка на критични части от инфраструктурата, съоръженията и машините.

Производителност. Тя е критичен параметър, който влияе върху рентабилността на всяка организация. IoT позволява управление в реално време, прилагане на нови бизнес модели, оптимизация на процесите, опазване на ресурсите, намаляване на времето за обслужване, ограничаване на несъответствието между изискваните и наличните умения и повишаване на ефективността на труда.

Намаляване на разходите. Разходите за управление на води могат да бъдат понижени чрез подобряване на използването на активите, ефективността на процесите и производителността, както и чрез усъвършенстване на услугите.

Следенето на налягането във водоснабдителните мрежи позволява да се предотвратят аварии и да се ограничат загубите и щетите при спукване на тръбопровод и възникване на теч. ВиК операторите могат да използват мониторинга на налягането, за да се гарантира, че стойността на му във водоснабдителната система е възможно най-ниско. В допълнение, оптимизираното налягане спомага за оптимизиране работата на помпените станции, което води до намаляване на разходите за енергопотребление.

От друга страна, мониторингът на налягането гарантира ефективно управление на водния поток и предотвратява евентуални повишения на количествата зауствани води в канализацията, привеждайки водната система в съответствие с изискванията на регулаторните органи. Също така съвременните IoT-базирани решения за дистанционен мониторинг са значително по-евтини, отколкото техните предшественици.

Други предимства на IoT технологиите за водния сектор са по-ефективната поддръжка и подобреното обслужване. Данните, съчетани с подходящите програми за анализирането им, могат значително да подпомогнат операторите при вземането на решения и съставяне на стратегии за превантивна и прогнозна поддръжка. Това може да включва измерване на общото съдържание на хлор в отдалечени резервоари с цел да се улесни навременното смесване или дозиране на химикалите, за да се предотврати нитрификация, или определяне на нивото на подземните води и проводимостта им за правилното моделиране на подземните водоносни хоризонти и предотвратяване на необратими аварии. Тези ползи допълнително повишават производителността на мрежата и спомагат за реализирането на допълнителни спестявания на средства. По-ефективно управляваните водоснабдителни мрежи предоставят по-добро обслужване на клиентите, като осигуряват постоянно налягане в системата, по-малко прекъсвания на услугата и правилно хлориране.

Потенциални предизвикателства
Създаването на надеждна комуникационна мрежа може да се окаже трудна задача за ВиК дружествата. Изборът на подходящ вариант също не е лесен, поради съществуването на редицата конкурентни мрежи, които се предлагат на пазара. Макар че в сравнение с остарелите телеметрични решения, модерните IIoT технологии правят дистанционния мониторинг на отдалечени обекти по-достъпен, то инвестицията в тях е значителна. Положителен обаче е фактът, че периодът на възвръщаемост е приблизително една година.

Осигуряването на онлайн инфраструктура обаче представлява заплаха за сигурността на активите на ВиК операторите и е свързано с риска от злоупотреба със сензорите. А това води до необходимостта от подходяща форма на защита – най-често се прилага криптиране.

Интернет на нещата може да се окаже един от най-важните подходи за разработване на по-лесни за управление комунални системи, което ще допринесе за по-ефективното използване на водните ресурси. IoT решенията за наблюдение и управление на водите дават възможността за събиране на данни от множество устройства, анализирането им и изпращането на данните или на обработените резултати до различни приложения или други устройства, което позволява оптимизиране на процесите по управление и предотвратяване или ограничаване на степента на евентуални аварии.