Multiparametrová sonda Proteus, která dokáže měřit kvalitu vody, by mohla změnit zažitou laboratorní praxi odborného monitoringu. Díky fluorescenčním senzorům totiž dokáže kromě standardních parametrů, jako je například BSK či CHSK, detekovat i koliformní bakterie a takřka v reálném čase tak zobrazovat dílčí i celkový stav měřených vod.
Kompaktní, patentované měřicí zařízení Proteus je výsledkem více než sedmileté spolupráce britské společnosti Proteus Instruments a University of Birmingham. Cílem bylo vyvinout sondu, která by dokázala měřit biochemickou či chemickou spotřebu kyslíku.
„Postupem času však vznikl přístroj, který dokáže sledovat mnoho parametrů najednou, vhodný pro komplexní monitoring kvality vody zejména v úpravnách vod, na odtocích z čistíren odpadních vod, ale i na povodí velkých řek,“ vysvětluje Karel Klíma, jeden ze dvou jednatelů společnosti Novast Automation, která na českém trhu zahraničního výrobce zastupuje a do jehož rukou odborná porota mezinárodního veletrhu Vod-Ka 2023 předala vítěznou medaili za vystavený exponát.
Podle něj je sonda vhodná zejména pro použití ve větších komunálních provozech, kde má potenciál ušetřit obrovské finanční prostředky, jež by se musely vynakládat na sanaci vzniklé katastrofy.
„Pokud to vezmeme do důsledku, tak kdyby byla řeka Bečva osazena takovýmito sondami, velmi rychle by se zjistilo, co se děje, a dalo by se daleko rychleji zakročit. Takhle se odebíraly vzorky, bylo nutné je odvézt do laboratoře, na výsledky se čekalo několik dní, ale mezitím problém tekl, až odtekl. Nechal za sebou jen spoušť a určit viníka bylo bez pořádných důkazů nesmírně obtížné,“ doplňuje jeho slova Jan Kučera, druhý jednatel společnosti.
Do sondy lze integrovat až 13 z 20 možných čidel a díky víceparametrovému sledování některých z nich monitorovat až 30 různých ukazatelů kvality vody. Sondu lze v případě potřeby využívat i v přenosném provedení
Za vším hledej algoritmy
Tělo ponorné válcovité sondy Proteus se skládá ze dvou hlavních částí. V horní je zabudována veškerá elektronika včetně vnitřní paměti pro až milion naměřených hodnot. Spodní část má šroubovací kryt, pod nímž jsou integrovaná čidla, kterých může být zabudováno až 13 (v produktové nabídce jich ale je více než 20). Znamená to však, že zařízení umí v jeden okamžik díky těmto čidlům analyzovat soubor až 30 různých parametrů. Některá čidla totiž umějí vyhodnocovat vícero parametrů najednou.
Detekovat lze například BSK (biochemickou spotřebu kyslíku), CHSK (chemickou spotřebu kyslíku), rozpuštěný i celkový organický uhlík (DOC/TOC — dissolved/total organic carbon), teplotu, pH, zákal, vodivost či ropné látky. Zejména poslední jmenovaný údaj je důležité sledovat na řekách, po nichž jezdí výletní i nákladní motorové lodě.
Sonda také může být osazena 2—3 fluorescenčními senzory, které mimo jiné dokážou odhalit přítomnost koliformních bakterií včetně E. coli. Podle Jana Kučery využívá Proteus ke screeningu přesné LED senzory, které se zaměřují na specifické vlnové délky v závislosti na požadovaném parametru.
„Na získaném údaji pak začne pracovat robustní algoritmus, který k tomu kombinuje i související parametry a místně specifické kalibrační koeficienty, přičemž teorie, o kterou se opírá algoritmus a kalibrace, je výsledkem rozsáhlého, recenzovaného výzkumu.“
Toto zpracování dat probíhá přímo v sondě a data jsou následně odeslána do řídicího systému (SCADA — supervisory control and data acquisition) nebo do cloudové aplikace, v níž se výsledky vizualizují do výpisů a grafů. V té lze zároveň nastavovat sledované parametry, jejich hodnoty, maxima, minima a mnoho dalšího. Sonda může odesílat data nepřetržitě a algoritmus je může analyzovat takřka v reálném čase. Nastavit lze ovšem také odesílání v rámci desítek minut či dnů. „Záleží na konkrétní aplikaci, na povodí má smysl třeba 15minutový cyklus. Když se objeví problém, jeho hodnoty se zaznamenají a zaznamená se i to, zda jde o jednorázovou, či opakující se záležitost,“ pokračuje dále Jan Kučera s tím, že sondu lze napájet z interní baterie, ze sítě či z malého solárního panelu.
Znamená to, že sondu lze ponořit do vody, ponechat ji několik měsíců bez dozoru a jen vzdáleně monitorovat data.
K jednorázovému screeningu slouží „kufříková“ varianta, která může do jisté míry nahradit preventivní odebírání vzorků pro laboratoř. Ačkoliv má Proteus svou vlastní webovou vizualizační platformu, je možné jej plně integrovat s novými nebo stávajícími telemetrickými systémy HMI (human machine interface) přes rozhraní RS232/ /Modbus/SDI12. Tato integrace znamená, že dodávaná data lze použít pro ovládání dalších funkcí, jako je například řízení dávkování chemikálií v čistírnách odpadních vod.
Instalace v trubici doplněná solárním napájecím panelem a dálkovou jednotkou pro zajištění vzdáleného sledování kvality vody v zadaných intervalech
Novast Automation nyní jedná s několika společnostmi o nasazení v pilotním provozu a řešení by oba pánové rádi nabídli i státním podnikům pečujícím o povodí řek. Karel Klíma i proto hovoří o tom, že sondy a konvenční laboratorní metody nestojí proti sobě, ale spíše se doplňují. Nebo jinak řečeno, on-line monitoring může šetřit finance i lidskou sílu v rámci nákladných preventivních odběrů a rozborů.
„On-line sondy včetně té od Proteus Instruments jsou pro uživatele jakýmsi ukazatelem trendů. Ukazují, jak se situace vyvíjí, zda sledované hodnoty v čase rostou, klesají nebo jsou stabilní, a uživatel by se pak měl na základě těchto trendů a svých znalostí rozhodnout, jak s informacemi naložit.“
Optická konfigurace pro monitorování DOC se schématem nastavení měření (vlevo) a zobrazením výsledků měření CDOM
Sonda totiž může zaznamenat výkyv, který ale ve skutečnosti nemusí nic znamenat. Pokud ovšem bude zrovna v okamžiku takového výkyvu odebírat vzorky laboratoř, bude bít na poplach i v případě, že půjde o de facto bezvýznamnou událost. „Právě proto má cenu sledovat pomocí on-linových monitorovacích nástrojů trendy. Nicméně v určitých okamžicích je pak naprosto nezbytné verifikovat data ze sondy odběrem a rozborem vzorků v laboratoři. Získáme totiž přesnější hodnotu, což je důležité zejména v případech, kdy může být ohroženo lidské zdraví.“
Foto: Proteus Instruments