Jak poprawić jakość wód w Polsce?

We wrześniu rozpoczął się projekt WaterSense - ASIR, którego celem jest opracowanie i wprowadzenie na rynek innowacyjnego systemu monitorowania jakości wód w Polsce. Zaangażowani w niego są naukowcy z 3 jednostek PW: Wydziałów Mechanicznego Technologicznego i Chemicznego oraz z CEZAMAT-u. Projekt potrwa do 2027 roku i może zrewolucjonizować monitoring jakości wód w Polsce i Europie. 

Zakładany rezultat projektu jest ukierunkowany na rozwiązanie problemu związanego z niską intensywnością monitoringu wód rzecznych w trybie ciągłym w Polsce, Europie i na świecie, która jest spowodowana brakiem dostępnych na rynku rozwiązań technologicznych dostosowanych do warunków rzecznych. Celem naukowców jest stworzenie Autonomicznego Systemu Internetu Rzeczy (IoT) do Monitorowania Jakości Wody i Wsparcia Operacyjnego Identyfikacji Zagrożeń (WaterSense – ASIR) dostosowanego do warunków środowiska rzecznego, działającego w sposób ciągły.

- Projekt rozpoczął się od współpracy między firmami MAGLY i NEBUCODE. Ja oprócz bycia doktorantem PW w CEZAMAT, prowadzę firmę MAGLY, która tworzy rozwiązanie typu hardware. Zaproponowałem realizację tego projektu prezesowi firmy NEBUCODE, Patrykowi Pijanowskiemu, następnie IMGW, a potem właśnie CEZAMAT-owi. De facto projekt rozpoczął się od myśli inżynierskiej i researchu, z którego wyniknęło, że nie monitorujemy w ogóle jakości wody. Zadałem sobie wówczas pytanie dlaczego tego nie robimy, co jest tego powodem, gdzie są ograniczenia - i stąd powstał pomysł na Projekt – wyjaśnia Filip Budny, Kierownik ds. Inżynierii Technicznej Projektu.

Projekt jest realizowany przez doświadczone interdyscyplinarne konsorcjum składające się z Politechniki Warszawskiej – Lidera, IMGW-PIB oraz firm MAGLY i NEBUCODE. Politechnikę Warszawską reprezentuje 20 naukowców, a pracami kierują: Filip Budny (Kierownik ds. Inżynierii Technicznej Projektu), prof. Małgorzata Jakubowska (Kierownik Zarządzający Projektu) i prof. Łukasz Górski (Kierownik B+R).

Trzy kluczowe elementy

System WaterSense - ASIR integruje trzy innowacyjne w skali globalnej komponenty: Autonomiczną Stację Pomiarową, inteligentny system zarządzania stacjami pomiarowymi i Interaktywną Krajową Mapę Ryzyka Zanieczyszczenia Rzek. 

Stacja będzie reprezentować nową generację inteligentnych narzędzi do kontrolowania jakości wody w sposób ciągły. Monitoruje ona 10 kluczowych parametrów fizykochemicznych wody, takich jak: pH, chlorki, azotany(V), jony amonowe, ortofosforany(V), przewodnictwo, zawartość tlenu, temperaturę wody, prędkość przepływu oraz głębokość. Siedem z nich będzie mierzonych przy użyciu opatentowanej przez wnioskodawcę technologii WaterSense, z modułem systemu rolkowego wyposażonym w kilkaset jednorazowych i niedrogich miniaturowych czujników, które nie wymagają kalibracji ani czyszczenia. Po utracie parametrów analitycznych czujnik jest automatycznie zastępowany nowym. Ciągłość pracy przez 365 dni w roku zapewnia mikrogenerator hydroelektryczny zasilany płynącą wodą i ogrzewanie układów elektronicznych w celu zapewnienia stabilnej pracy w warunkach zimowych.

Inteligentny system zarządzania stacjami pomiarowymi zostanie zaprojektowany jako zaawansowana wszechstronna platforma działająca w infrastrukturze chmurowej do monitorowania, zarządzania i analizy danych zebranych z autonomicznych stacjach pomiarowych. Jego architektura będzie oparta na szeregu innowacyjnych modułów, w tym m.in. moduł prognozowania wartości parametrów fizykochemicznych wody, moduł identyfikujący anomalie w danych pomiarowych czy moduł REST API, który pozwoli na swobodne i intuicyjne połączenie oraz synchronizację danych generowanych i zbieranych przez system ICSZ-SP z zewnętrznymi bazami danych. Moduły AI przewidują wartości parametrów wody z 72-godzinnym wyprzedzeniem. 

Z kolei interaktywna mapa będzie nowoczesnym i innowacyjnym narzędziem mającym na celu dostarczenie aktualnych informacji na temat ryzyka zanieczyszczeniem rzek w kraju. Mapa zostanie opracowana na bazie ogólnodostępnych danych, które zostaną zintegrowane, przetworzone i zanalizowane pod kątem sektorowych źródeł zanieczyszczeń powodujących podwyższony poziom ryzyka zanieczyszczeniem dla danego odcinka rzeki. Narzędzie będzie w stanie dostarczać informacji niezbędnych dla dokładnego zrozumienia sytuacji ekologicznej rzek w różnych regionach kraju. Jednym z kluczowych elementów mapy będzie zdolność do prezentowania informacji w sposób zintegrowany. Operatorzy opracowywanego systemu będą mogli nie tylko sprawdzić poziom ryzyka zanieczyszczenia w konkretnym obszarze, ale także zrozumieć przyczyny tego zjawiska. Dla potencjalnych klientów, takich jak lokalne władze, przedsiębiorstwa czy organizacje ekologiczne, mapa stanie się cennym źródłem wiedzy oraz umożliwi identyfikację obszarów szczególnie narażonych na zanieczyszczenia oraz głównych typów zanieczyszczeń występujących w danym regionie. Narzędzie to wesprze ich przy planowaniu lokalizacji stacji pomiarowych lub sieci pomiarowych, których celem będzie skuteczne i reprezentatywne dla obszaru badanego monitorowanie jakości wód w trybie ciągłym. 

- Model komercjalizacji oparty na niskim koszcie stacji pomiarowej i ofercie abonamentowej dostosowanej do potrzeb różnych odbiorców sprawi, że opracowany system będzie dostępny dla każdego zainteresowanego. Odbiorcami opracowywanego w ramach projektu rozwiązania będą różnorodne podmioty:  instytucje odpowiedzialne  za gospodarkę wodną i ochronę środowiska, przedsiębiorstwa wodno-kanalizacyjne, jednostki samorządu terytorialnego ale również przedsiębiorstwa niezależnie od ich wielkości, które będą zainteresowane monitorowaniem jakości wód w trybie ciągłym. Pierwsze listy intencyjne m.in. związane z pilotażem efektów projektu zostały już podpisane – zaznacza Filip Budny. 

Realizacja projektu przyczyni się do osiągania korzyści w aspekcie środowiskowym, społecznym i gospodarczym. W dłuższej perspektywie WaterSense - ASIR pozwoli również uniknąć rozprzestrzeniania się zagrożenia i spływu zanieczyszczonych wód rzecznych do Bałtyku, który jest jednym z najbardziej zanieczyszczonych mórz na świecie. Jednocześnie zaostrzanie przepisów prawa w zakresie ochrony środowiska może wpłynąć na to, że WaterSense stanie się obligatoryjnym narzędziem wymagania przez organy publiczne, stanowiące odbiorców rozwiązania, co spotęguje korzyści ekonomiczne w kolejnych latach. W szczególności, że system będzie mógł być permanentnie rozbudowywany o inne moduły mierzące dodatkowe parametry fizykochemiczne wody, algorytmy oraz funkcjonalności, dzięki odpowiedniej konstrukcji stacji pomiarowej i architekturze systemu ICSZ-SP opracowanej na etapie projektu. W efekcie część założeń będzie mogła zostać w przyszłości zaadaptowana do obsługi innych zagadnień biznesowych i naukowych, wiążących się z analizą dużych ilości danych w czasie rzeczywistym czy predykcji z uwzględnieniem wielu zmiennych.