Bioanalystiska metoder kan användas för att på ett fullständigare sätt bedöma verkan av de desinfektionsbiprodukter som skapas genom främst klorering. Artikeln visar även på vikten av långtgående NOM-avskiljning i den beredning som väljs.
Av: Thor Wahlberg
Desinfektion av dricksvatten med till exempel klor skapar desinfektionsbiprodukter (DBP) när klor reagerar med naturligt organiskt material (NOM) i vattnet. Ett stort antal sådana DBP har identifierats. Det är nästintill omöjligt att övervaka dessa med kemiska analyser då det rör sig om ca 700 identifierade ämnen. I studien som tas upp här har istället bioanalytisk** metodik använts, vilken mäter oxidativ stress med Nrf2 aktivitet, gentoxisk aktivitet och aktivering av AhR. Råvatten från Mälaren har använts i studien och då från beredning vid Lovöverket, Stockholm. Den sker genom kemisk fällning, långsamfiltring, UV-desinfektion och dosering av monokloramin. Från beredningen har prover tagits ut för analys och jämförts med analysvärden från ny innovativ beredningsteknik i en parallell pilotanläggning, vid Lovöverket. Pilotanläggningen var uppbyggd med SIX® (suspenderad jonbytarmassa), ozonering, koagulering, Ceramac® (MF – mikrofiltrering i keramiska membran) och filtrering genom granulerat aktiverat kol (GAC).
Prover togs ut efter varje beredningssteg i piloten och dessa klorerades i labskala. Från beredningen i fullskaleanläggningen togs rå- och dricksvattenprover ut för klorering i labskala. Syftet med studien var att visa hur graden av oxidativ stress, orsakad av DBP, ändras allt eftersom råvattnet bereds till dricksvatten. Av studien framgår också vilka bioanalytiska värden som minskar eller är oförändrade genom beredningen. Bakom låga värden för DBP ligger god avskiljning av NOM innan klorering, vilket indirekt resulterar i låg oxidativ stress och gentoxisk aktivitet. Artikeln visar dels på hur bioanalystiska metoder kan användas för att på ett fullständigare sätt bedöma verkan av de DPB som skapas genom främst klorering och dels på vikten av långtgående NOM-avskiljning i den beredning som väljs. I denna redogörelse har begrepp och förklaringar till bioanalytiska metoder medvetet hållits nere för att öka tillgängligheten till studiens viktiga resultat.
*)Oxidativ stress uppstår när kroppen själv producerar för mycket skadligt syre, främst fria radikaler, eller när ämnen tas in i kroppen som orsakar skada.
**) För närmare förklaring av vad bioanalystisk metod innebär i denna studie hänvisas till artikeln och till läroböcker.
Material och Metodik
Proverna extraherades med fastfasextraktion (SPE) för att undersöka vattnets toxicitet. Tre olika experiment gjordes. Det första med rå- och dricksvatten från Lovöverkets beredning. Från pilotanläggningen togs vattenprover ut efter varje beredningssteg. I det andra experimentet doserades hypoklorit och kloramin till prover som tagits efter beredningen genom GAC för att utvärdera bildandet av DBP med bioanalytiska metoder. Typiska värden för klordosering vid svenska vattenverk användes (0,3 – 0,4 mg/l). Efter att desinfektionsmedel doserats fick prover stå kallt och mörkt i 24 h för att simulera förhållanden vid tappställe. Det tredje experiment utfördes med mycket höga klordoser, 10 mg/l, till råvatten och till vatten från varje steg i beredning i pilotanläggningen. Lika förvaring som i den andra experimentet. Innan SPE utfördes så sänktes pH-värdet och klor drevs av så att fritt aktivt klor <1 mg/l, då klorhalten var ca 6 mg/l efter 24 h. Vattenanalyser omfattade löst organiskt kol (DOC) och absorbans vid 254 nm (UV254). Bioanalyser gjordes genom att vattenprover analyserades för AhR och oxidativ stress (mätning av Nrf2). Proverna med höga klordoser testades för gentoxisk aktivitet genom mikronukleustester***. För varje provpunkt togs tre lika prover ut och analyserades för att visa på teknisk reproducerbarhet. En relativ koncentrations faktor (REF) beräknades för bioanalysprover (se artikel för förklaring av REF).
***) Mikronukleustester är tester som används i toxikologisk screening för potentiella genotoxiska föreningar.
Resultat och diskussioner
DOC, visade för beredningen vid Lovöverket en minskning från 6,9 mg/l i råvattnet till 3,9 mg/l i dricksvattnet. Efter pilotanläggningens första beredningssteg (SIX®) var halten DOC 2,5 mg/l, ozonering gav liten effekt för minskning av DOC, och efter koagulering och MF var halten 2,0 mg/l. Slutligt efter GAC-filtrering 0,4 – 0,5 mg/l. Noteras skall att GAC-filter inte var mättat vid detta tillfälle och avskiljningen mindre än om det varit verksamt som biologiskt aktivt filter (BAC). Liknande reduktion gällde för piloten även avseende UV254 och SUVA. Ozoneringen minskade SUVA värdet, beroende på minskad UV254 vilket visar på en modifiering av NOM pga. ozondosen. AhR aktivitet var oförändrad efter beredning med jonbyte dvs lika som i råvattnet men efter ozonering minskade den. Efter GAC filter, i piloten, och desinfektion fanns inte någon AhR aktivitet kvar vilket visar fördelen med ökad avskiljning av NOM innan dosering av monokloramin jämfört med fullskaleanläggningen (Lovöverket).
I det tredje experimentet så tillsattes höga klorhalter till råvattnet och en drastisk ökning av Nrf2 aktivitet kunde observeras, upp till 30 ggr jämfört med kontrollprov. För SIX, Ceramac + ozonering och GAC var Nrf2 aktiviteten betydligt lägre än den som inducerades i råvattnet med den höga klordosen. Detta visar att varje beredningssteg i den nya beredningstekniken avskiljer föroreningar som har potential att skapa Nrf2 aktivitet.
Resultaten visar också att fastfasextraktionen fångar ett stort antal av DBP vilka påverkar den totala bioaktiviteten och ger ett svar på storleken av oxidativ stress och gentoxisk aktivitet i dricksvatten på grund av desinfektion.
Slutsatser
Författarna till artikeln har i försöken använt ett bioanalytiskt angreppssätt vilket visar att SIX®, ozonering, koagulering, Ceramac® och GAC effektivt reducerar oxidativ stress och gentoxisk aktivitet vilket kan knytas till beredningens förmåga att avskilja och/eller påverka den ämnen i vattnet som senare bildar DBP. Dessutom visas att förekomst av UVA254 absorberande NOM har en hög korrelation med risk för desinfektionsinducerad toxicitet i form av Nrf2 aktivitet.
Egna reflexioner
Resultaten är i högsta grad intressanta vid val av beredningsmetoder och även för optimering av befintliga beredningar i syfte att avskilja mer NOM. Frågan om bildande av desinfektionsbiprodukter (DBP) har inte fått den uppmärksamhet den förtjänar. Den har fokuserat på enskilda volatila DBP som till exempel THM. En viktig fråga som jag inte fick klart för mig i artikeln var till exempel vad graden av oxidativ stress, mätt som Nrf2, innebär för mig som konsument av dricksvatten. I artikeln nämndes Australienska riktlinjer för Nrf2 aktivitet som var svåra att översätta till de som artikelförfattarna kommit fram till i de gjorda experimenten.
Källa: Johan Lundqvist, Anna Andersson, Anders Johannisson, Elin Lavonen, Geeta Mandava, Henrik Kylin, David Bastviken, Agneta Oskarsson. Innovative drinking water treatment techniques reduce the disinfection-inducing oxidative stress and genotoxic activity. Water Research 155 (2019) s 182 – 192.
