Karakterisering av potential för mikrobiologisk återväxt

Av: Thor Wahlberg

Med avancerad beredning av dricksvatten menas fler och andra beredningstekniker en konventionell kemisk fällning med efterföljande klorering. I den artikel som redogörs för här har ett av Tokyos vattenverk och dess distributionsnät studerats. Återväxt av mikroorganismer i ledningsnät och i fastigheter hotar den mikrobiologiska vattenkvalitén och därmed säkerheten för konsumenterna. Effekten av klorering avtar under transport av och i stillastående vatten. Potentialen för återväxt styrs av mängden bionedbrytbart organiskt material (BOM) och förekomst och mängd av mikroorganismer, analyserat som totalt antal levande och döda bakterieceller/sporer, (TCC). Vilken potential för mikrobiologisk återväxt finns efter beredningssteg och hur påverkas mängden och sammansättning av BOM och TCC av de olika beredningsstegen i ett vattenverk? För att få svar på det gjorde forskarna tester med kontinuerligt uttag av en liten mängd vatten efter varje beredningssteg till bägare som försågs med kuponger, för att mäta påväxt och analysera vatten innan och efter reaktorerna. Ett resultat i studien av mikrobiologisk återväxt är att den återges bättre med mätning av beredningens totala antal bakterier (TCC) än med analysparametern assimilerbart organiskt kol (AOC). 

Metoder

Vattenprov samlades och togs ut kontinuerligt från ett vattenverk som producerar 1,1 Mm³/d. Råvatten, från en flod, bereds med koagulering, sedimentering, ozonering, kolfiltrering (i biologiskt aktiva kolfilter s.k. BAC), snabbfiltrering (sandfilter) och desinfektion med hypoklorit. Det senare doseras före och efter sandfiltersteget. Under försöket togs vattenprov ut efter respektive beredningssteg. Under tre månader, från juli till oktober 2015, togs en delström ut på fyra platser i beredningen till små reaktorer, med en liters effektiv volym. Kuponger av polykarbonat var fästa på en långsamt roterande cylinder i respektive reaktor. De fyra platserna där delström vatten togs ut var efter koagulering och sedimentering, efter ozonering, efter kolfiltrering och på det färdiga dricksvattnet. Flödet in till varje reaktor sattes till 10 ml/min. Vattentemperaturen varierade som i fullskalan, mellan 18,5–28 ^oC, under försöksperioden. Ingen temperatur justerades i försöket. Till vattenprov som togs i reaktorn efter det färdigberedda vattnet doserades först natriumtiosulfat för att få bort effekten av kloret. Alla provtagningsflaskor steriliserades. Inkommande och utgående vatten, från varje rektor, provtogs och analyserades för AOC och TCC. Vattenprover filtrerades för att ta bort påverkan av partikulär organiskt material. Alla prover förvarades i 6 dygn innan mikrobiologisk analys. Genom att använda flödescytometri och infärgning kunde TCC och ICC (Intact Cell Counts, antal intakta och levande celler) bestämmas. För AOC analys användes bakteriestammarna P17 och NOX, enligt standardiserat förfarande. 

Resultat och diskussion

AOC koncentrationen efter de olika beredningsstegen visar på ökningar och minskningar. DOC koncentrationen visar en stadig minskning i samma provtagningspunkter. Medelvärdet för AOC i råvattnet var 37 µg acetat-C/l. Efter ozonering ökade AOC till 90 µg acetat-C/l. Efterföljande BAC reducerade AOC till 48 µg acetat-C/l. Det färdiga dricksvattnet hade i medeltal ett AOC värde på 38 µg acetat-C/l. Variationskoefficienten var mellan 6,1 % och 18,6 % vilket indikerar en stabil beredning över tid. Efter den kemiska fällningen och framförallt efter ozonering var andelen AOC-NOX hög, 70 – 80 % av AOC, vilket indikerar dominans av karboxylsyror med låg molekylvikt, som oxalat. När det gäller TCC, längs beredningen, är bilden en annan. I råvattnet analyserades 1,2 x 10⁶ celler per ml vilket reducerades till 1,4 x 10⁴ celler/ml efter ozonering. Men efter filtrering i BAC ökade TCC till 1,7 x 10⁵ celler/ml. Slutligen, efter klorering, analyserades 1,7 x 10³ celler/ml i utgående dricksvatten. I snitt var log-reduktion 2,8 över hela beredningen. I medel så var 56% av TCC i råvattnet analyserat som ICC (intakta celler). Efter ozonering och klorering var ICC under gränsen för att kunna kvantifieras. Cellmembranen var effektivt skadade av oxidationsmedlen. I de små reaktorer som tog en delström på fyra platser i beredningen analyserades AOC i inkommande vatten och utgående vatten från respektive reaktor. I den reaktor till vilken vatten efter ozonering leddes ökade halten AOC som mest. Den reaktor till vilken en delström av utgående vatten leddes hade de lägsta halterna AOC. När det gäller TCC jämfördes totala antalet celler innan och efter reaktorerna med flödescytometri. Efter 11 dagar så stabiliserades värdena i tre av reaktorerna utom den som var placerad efter kemisk fällning. Där varierade TCC under hela försöket. Försöksreaktorn efter ozonering hade den största nettoökning av TCC. Värdena i alla försöksreaktorer var minst en faktor 10 högre än i den fullskaliga beredningen. Det berodde på att i beredningen trycktes tillväxten av bakterieceller tillbaka pga. ozonering och klorering men inte i reaktorerna där det fanns en tillväxtpotential pga BOM. Förutom att mäta TCC in och ut från reaktorerna så analyserades TCC på kuponger som placerats där. Här var TCC nivåerna lika i reaktorer efter kemisk fällning, ozonering och BAC. Däremot var TCC nivån, under de 95 dagar som försök med reaktorer pågick, lägre i delström av vatten från utgående. Desinfektionen medförde att tillväxten hölls tillbaka och vilket författarna framhåller också påverkar bakteriekulturerna pga. desinfektion gör det svårare att få fäste på kupongytorna. Antalet celler var i snitt 2,3 x 10⁵/cm²på kupongerna. Det antalet är jämförbart med antalet i Amsterdams ledningsnät, vilket distribuerar oklorerat dricksvatten. För att jämföra beredningsstegen i vattenverket så togs förhållandet mellan nettoökning av TCC och konsumtion av AOC fram som antal celler per µg acetat-C/l. Värdena plottades. Värdena kunde rangordnas från högst till lägst såsom utgående dricksvatten> ozonering> BAC> kemisk fällning. Storleken på cellerna beaktades inte utan bara antalet celler. Variationerna mellan beredningsstegen kan betraktas som deras förmåga att reducera BOM och stimulera tillväxt av mikroorganismer.

Slutsatser

Konsumtion av AOC och ökning av TCC i varje försöksreaktor visade förändring av mikrobiologisk tillväxt under beredningen. Den skenbara tillväxtpotentialen var högst i det färdiga dricksvattnet. De i vattnet naturligt förekommande mikroorganismer var bättre på att tillgodogöra sig den specifika fraktionen av BOM som understöder den mikrobiologiska tillväxten jämfört med AOC. Tillväxtpotentialen mätt som TCC (naturligt förekommande mikrofloran) var reducerad till 22% av den i råvattnet medans 75% av AOC i råvattnet återfanns i dricksvattnet.

Egna reflexioner

Det är värdefullt att förstå varje beredningsstegs bidrag och påverkan på den slutliga biologiska stabiliteten i det vatten som distribueras. På så sätt kan beredningsstegen optimeras. Ozonets instabiliserande verkan är väl dokumenterad och ställer krav på efterföljande beredning att stabilisera. Resultaten från denna studie stärker det faktum att enbart AOC inte speglar graden av mikrobiologisk stabilitet i dricksvattnet.

Den TCC vilket analyserades med på platsen med i vattnet förekommande mikrobiologiska stammar verkar vara bättre att förutsäga mikrobiologisk tillväxtpotential.

Källa: Ikuro Kasuga, Hitomi Nakamura and Hiroaki Furamai. Charaterization of microbial regrowth potential shaped  by advanced drinking water treatment. H₂Open Journal vol 4 no 1. June 2021, Open Access