Strategier för att reducera Legionella vid ett avloppsverk

Av: Jörgen Hanaeus

I samband med ett Legionellautbrott i Warstein, Tyskland, detekterades Legionella Pneumophila i en varm, proteinrik avloppsström från industri till det kommunala, biologiska avloppsverket.  Likaledes återfanns Legionella i aktivslamsteget i verket, samt i recipienten.

Laboratoriestudier av desinfektionsmetoder men även fullskaleförsök utfördes vid avloppsverket.

Mikro-silverpartikar, väteperoxid, klordioxid, ozon och högt pH testades i aktivslamsystemet men kunde i aktuella doser inte förhindra Legionellaförekomst i utloppet. UV-behandling av utgående vatten kunde däremot reducera med 1,6-3,4 log enheter. Via avstängning fastlogs att aerob behandling av infekterat varmt och kväverikt avloppsvatten var en källa till Legionella-tillväxt.

Bakgrund

Bakterien Legionella pneumophila är huvudskäl till legionärssjukan via intag av droppar i aerosol från duschar, tappkranar eller luftkonditioneringsanläggningar. Denna patogen växer bäst vid temperaturer över +25 °C och föredrar aminosyror som kol- och energikälla. Den kan multiplicera sig intracellulärt i flera arter av protozoer (ex. ciliater och amöbor).

I Warstein inträffade ett utbrott av Legionärssjukan på kommunnivå i augusti 2013. Ansvarig agens befanns vara Legionella pneumophila serogrupp 1, Subtyp Knoxville, ST 345 och källan bedömdes vara kylsystemet vid en närliggande industri. Denna agens detekterades i floden Wäster, i Warsteins kommunala avloppsverk 3 km uppströms kylsystemet och i en avloppsledning från industrin ifråga till avloppsverket. Denna ledning transporterade ett varmt och proteinrikt avloppsvatten till verket.

Föreliggande studie fokuserar på förekomst och spridning av Legionella vid avloppsverket mellan augusti 2013 och juli 2015. Som omedelbar åtgärd installerades en UV-anläggning vid verket och ett forskningsprojekt gällande möjligheten att reducera Legionella vid avloppsverket initierades.

Situationen var att industrins avloppsvatten förbehandlades aerobt vid industrin fram till 2014 och sedan sändes till avloppsverket i Warstein. Därefter stängdes förbehandlingsenheten och i stället ökades avloppsverkets kapacitet för organiskt material via en högbelastad aktivslamenhet som arbetat sedan dess. För närvarande är en anaerob förbehandlingsenhet under byggande vid avloppsverket.

Till Warstein-verket kommer 2/3 kommunalt och 1/3 industriellt (35 °C och 400 mg protein/L) avloppsvatten.

Försök

Effekten av avstängd aerob förbehandling vid industrin, juli 2014, undersöktes via provtagning före och efter. Prov togs vid industriledningens anslutning till verket och i utloppet från verket och analyserades på Legionella spp. med odlingsmetod.

För att studera effekten av Legionellaväxt i aktivslam gjordes labförsök med syntetiskt slam av köttextrakt, pepton och jästceller. Labreaktorerna (1L) belastades med 0,65 kg COD/m³,d och drevs med en slamålder av 10 d under 8 veckor med test av temperaturerna 15, 24 och 35 °C. De 6 labreaktorerna drevs som SBR med 12 cykler om 2 h per dygn. Luftning 90 min med tillförsel av avloppsvatten under 10 min. Sedimentering under 25 min och dekantering under 5 min. 

I fem av de sex reaktorerna avlyftes 10 alternativt 25 % av slammet och behandlades tre gånger per vecka med mikropartiklar av silver eller väteperoxid eller klordioxid eller ozon eller med chockhöjning av pH till pH 12. Slammet återfördes sedan. En reaktor drevs utan kemikaliedosering, som kontroll. Doserna angavs som viktsandel av slammets TSS.  Fyra perioder särskiljdes med olika doseringar och kontakttider 0,5-2 h. 

Prov togs veckovis och analyserades m a p L. pneumophila med qPCR-metod. Resultat i GU/L (genomic units).

Som ett separat försök med idén att förhindra Legionellabakteriernas tillväxt via protozoer testades ultraljudsbehandling av det aktiva slammet (2 Wh/L och 50 Wh/L vid 20 kHz) med tanken att förstöra protozoerna via deras luftblåsor.

Resultat

Koncentrationen av Legionella spp. i industriledningen var som högst 10⁹ CFU/100 mL och den höga siffran troddes bero på löst syre (aerob förbehandling), lämplig temperatur och god organisk kvävekälla för bakterierna. Efter nedstängning av den aeroba förbehandlingen sjönk nämligen nivån till ca 10 CFU/100mL. I kombination med UV-dosering vid verkets utlopp hamnade då Legionellakoncentrationerna under detektionsgränsen.

Labförsök med Legionella och använd jäst som substrat (känt för aminosyreinnehåll) gav optimal specifik tillväxthastighet för L. pneumophila om 3,8 d^-1 vid 35°C. Vid 15°C skedde ingen tillväxt alls av dessa. Liknande värden erhölls med det syntetiska avloppsvattnet enligt ovan.

Försöken med de olika desinfektionsmetoderna för det aktiva slammet gav obetydliga reduktioner av Legionella spp. jämfört med kontrollreaktorn. En chockhöjning av pH och en hög klordioxiddos gav en omedelbar effekt i det aktiva slammet, men ingen resulterade i en  minskning av Legionella spp i utflödet från reaktorn. Tillsats av höga kemikaliedoser är alltså inte att rekommendera; särskilt som de stör nitrifierarna i det aktiva slammet.

Ultraljud med 2 Wh/L förstörda helt amöbacellerna som misstänktes vara värdar för en intracellulär tillväxt av Legionella, men påverkade ändå inte utgående koncentration av Legionella pneumophila. En temperatur av 35 °C och en jästtillsats möjliggjorde även en återväxt av amöbor via livskraftiga amöbacystor.

En ökning av energin till 50 Wh/L minskade L. pneumophila i utgående något, men förstörde däremot aktivslamflockar så att sedimenteringsförmågan avtog. Sammantaget med hög energiförbrukning bedömdes ultraljudsbehandling av det aktiva slammet inte vara praktiskt användbar i detta sammanhang.

Slutsatser

Att minska emissionerna av aerosoler från systemet ledning och avloppsverk är en tänkbar förebyggande strategi för att hindra infektionsutbrott. Ytluftare bör ersättas med bottenluftare och bassängerna övertäckas. Kunskap om transportavstånden för aerosolerna vore önskvärd för att undvika överdrivna åtgärder.

De kemiska och fysiska metoder som provades var inte nog effektiva och selektiva för att avskilja L. pneumophila i det aktiva slammet. Ett desinfektionssteg vid utloppet är lämpligare och en UV-anläggning implementerades framgångsrikt vid verket i fråga.

(Den aktuella industrin nämndes aldrig vid namn, men då Warstein har drygt 25 000 invånare och det stora Warsteinbryggeriet ligger där kan kvalificerade gissningar göras).

Källa: Nogueira, R.¹⁾, Utecht, K-U.²⁾ , Exner, M.³⁾, Verstraete, W⁴⁾. & Rosenwinkel, K-H.¹⁾ (2016). Strategies for the reduction of Legionella in biological treatment systems.  Water Science & Technology, 74.4, pp 816-823.

Hela artikeln i Water Science & Technology finns att köpa här.

Författarna från: 

1. Leibniz University Hannover, Institute for Sanitary Engineering and Waste Management, Weltengarten 1, Hannover 30167, Germany

1. Ruhrverband, Essen, Germany

1. University of Bonn, Institute for Hygiene and Public Health, Bonn, Germany

1. Ghent University, LabMET, Ghent, Belgium

Kontakt: nogueira@isah.uni-hannover.de