Alternativa tekniker för att desinficera dricksvatten, som UV-desinfektion, blir successivt allt vanligare på vattenverk. Fördelarna med UV-desinfektion är bland andra en minskad risk för mikrobiella patogener såsom Cryptosporidium och minskad produktion av desinfektionsbiprodukter (DBP), olika klororganiska föreningar som annars kan uppkomma vid klorering. I en studie av Plewa et al (2012) har just dessa fördelar undersökts genom ett mäta eventuell toxicitet för däggdjursceller som följd av desinfektion av dricksvatten genom olika metoder. Både skador på cellen (cytotoxicitet) och skador på det genetiska materialet (genotoxicitet) undersöktes som funktion av olika kloreringsstrategier med eller utan lågtrycks- respektive medeltrycks-UV.
Av: Kenneth M Persson
Bakgrund
Mera specifikt undersöktes cytotoxicitet och genotoxicitet av koncentrerade organiska fraktioner från dricksvatten före och efter klorering. Vidare mättes cytotoxiciteten och genotoxicitet av de koncentrerade organiska fraktionerna från vattenprover som behandlats med UV ensamt, alternativt klorering före UV-desinfektion respektive klorering efter UV-desinfektion. Lägst cytotoxicitet och genotoxicitet kunde mätas då vattnet var oklorerat och bara UV-desinficerat. I kombinationer av UV och klor mättes de lägsta nivåerna av cytotoxicitet och genotoxicitet om klorering användes före medeltrycks-UV.
Kemisk desinfektion kompletteras eller ersätts med alternativa desinfektionsmetoder i allt fler vattenverk i världen. Framför allt är det UV-desinfektion som vunnit insteg i vattenverken. Fördelarna med UV-desinfektion inkluderar minskad risk för mikrobiella patogener såsom Cryptosporidium och minimal bildning av desinfektionsbiprodukter (DBP). UV-desinfektion görs med stråldoser upp till 40 mJ/cm2 och bildar litet eller inga DBP. UV ger dock ingen residualeffekt. När desinfektionen är finns inget kvardröjande skydd i vattnet mot återväxt. Därför används olika kloreringsmetoder i vattenverk som extra skydd. Skall då klorering ske före eller efter UV-desinfektion?
Om klor doseras före UV-behandlingen kan fotokemiska aktivering ske av klorets olika föreningar och resultera i att radikaler bildas. Både underklorsyrlighet (HClO) och hypoklorit (ClO-) kan bidra till att hydroxylradikaler bildas vid exponering av UV-ljus. Dessa radikaler kan reagera med organiskt material i vatten och bilda oönskade biprodukter men även öka förbrukningen av klor, eftersom en del klor bryts ned av UV-ljuset. Kvävehaltiga organiska föreningar kan vara råvaror till halogenerade kvävehaltiga-DBP. (NDBP) som skulle kunna bildas på grund av klorering. Halonitrometan och andra NDBP anses vara mer cytotoxiska och genotoxiska än DBP som inte innehåller kväve.
Försöken
Artikeln tillkom som en följd av en planerad förändrad desinfektion av vatten i Cincinnati Water Works, där vatten från Ohiofloden bereds till dricksvatten genom flockning, fällning, sedimentering, snabbsandfiltrering och kolfiltrering före desinfektion. Desinfektionen skulle kompletteras med UV, så frågan var var i processen denna borde placeras. Vidare undersökte Plewa och medarbetare om kombinationen av klor och UV bidrog till att bilda toxiska föreningar. Specifikt analyserades cytotoxicitet och genotoxicitet för däggdjursceller med prover av koncentrerade organiska fraktionerna från dricksvatten före och efter
klorering, liksom koncentrerade organiska fraktionerna från vattenprover behandlade med UV ensamt eller UV före eller efter klorering. Såväl lågtrycks-UV som medeltrycks-UV undersöktes.
Vattenproverna producerades i en pilotanläggning som behandlar vatten från Ohiofloden. Medeltryckslampan var en Hanovia modell Photon II TOC Reduktion, och lågtryckslampan var en Hanovia modell ALT230 TOC Reduction. Diagram för spektra för dessa lampor kan hämtas i länk nedan. Provvattnet togs efter aktiv-kolfiltrering. I den första delstudien togs prover före och efter UV-desinfektionen, där hälften av vattnet klorerades genom tillförsel av natriumhypoklorit och natriumhydroxid. Vattnet ställdes till pH 8,6 och en fri klorhalt om 1,5 mg / L. Hälften av de klorerade proverna lagrades under tre dygn i konstant temperatur i vattenbad för att simulera distributionssystemet och filtrerades genom selektiva adsorbenter (XAD-massa), medan den andra halvan filtrerades direkt. Adsorberat material eluerades med etylacetat och anrikades ungefär 1:770. De därvid framställda klororganiska föreningarna doserades i olika koncentrationer till en särskild hamstercellinje, vars celler exponerades i 72 h så en dos-responskurva för varje slags desinfektionsuppsättning kunde tas fram.
För att avgöra om en akut exponering gav en skada på det genetiska materialet (genotoxisk) användes en enda cell-gelelektrofores (SCGE). SCGE mäter kvantitativt genomisk DNA-skada i enskilda cellkärnor. Ett särskilt försöksprotokoll följdes, vilket finns noga beskrivet i artikeln.
Resultaten
Totalt kunde forskarna beskriva cytotoxicitet och genotoxicitet för åtta olika behandlingsmetoder av Ohioflodvattnet: ej desinficerat (S1), klorerat (S2), UV-desinficerat med medeltryck (S3), UV-desinficerat med medeltryck och klorerat (S4), UV-desinficerat med lågtryck (S5), UV-desinficerat med lågtryck och klorerat (S6), klorerat och desinficerat med UV-medeltryck (S7) och slutligen klorerat och desinficerat med UV-lågtryck (S8).
Vad gäller den cytotoxiska effekten blev ordningen från minst cytotoxiskt till mest cytotoxiskt följande: S5<S3<S1<S7<S8<S4<S2<S6. S6-värdet var ungefär fem gånger högre än S5.
Vad gäller den genotoxiska effekten, blev ordningen följande: S5<S3<S1<S7<S8<S2<S4<S6 eller i stort sett den samma som den cytotoxiska mätningen. Men här var effekten 20-30 gånger högre med S6 jämfört med det första
Generellt bidrar UV-strålning till att minska förekomsten av cytotoxiska respektive genotoxiska ämnen i vattnet. Ett icke-behandlat vatten hade högre toxicitet än ett UV-behandlat. Om kombinationen UV-klor skall användas, ger klorering efter UV upphov till mera cytotoxiska och genotoxiska ämnen, än klorering före UV.
Kanske beror detta på att UV bidrar till att bryta ned organiskt material med hög molekylvikt till lågmolekylärt material, som efter klorering kan bilda fler klorerade lågmolekylära föreningar. När klorering sker före UV-behandling bildas helt enkelt färre klororganiska föreningar.
Författarna menar att dessa mätningar kan öppna för delvis nytt tänkande om hur kombinationer av desinfektionsmetoder bör göras för största nytta och minst skada. Men samtidigt konstaterar de ödmjukt att alla organiska mätningar tills vidare får relateras till platsspecifika förhållanden, i väntan på aggregerade studier där metadata från många vattenverk sammanställts.
Svenska förhållanden
För svenska förhållanden skulle det vara mycket intressant att se vilka effekter de lägre klordoserna som brukas i Sverige orsakar avseende genotoxiska- och cytotoxiska effekter. Notabelt är naturligtvis också att toxicitetsmätningarna gjorts med väldigt anrikade halter. Dessa är inte relevanta för ett vattenverk, men ger fördjupad kunskap om vad kombinationer av olika desinfektionsmetoder kan orsaka. Och det är väldigt intressant.
Källa: Michael J. Plewa, Elizabeth D. Wagner, Deborah H. Metz, Ramesh Kashinkunti, Katherine J. Jamriska och Maria Meyer: Differential Toxicity of Drinking Water Disinfected with Combinations of Ultraviolet Radiation and Chlorine. Environmental Science & Technology. 2012, 46, 7811−7817.
Bilaga med bilder för spektrum kan hämtas fritt här.
Artikeln kan köpas i fulltext från utgivaren här.
