Övervakning av den mikrobiologiska barriärverkan, i beredning av råvatten till dricksvatten, är viktig för att kunna förhindra att patogener passerar beredningen. Snabbfilter är en mycket vanlig beredning i våra vattenverk. Idag används främst indirekta metoder som mätning av turbiditet eller i några fall partikelräkning. Med den nya tekniken flödescytometri (FCM) kombinerat med fluorescensmätning kan antalet bakterier räknas. Konventionell teknik, baserad på odling av bakterier är tidskrävande och oekonomiskt. FCM med infärgning är en teknik som bygger på att vatten, med bakterieceller, passerar en smal tub där de belyses med laserljus. Det reflekterade och avböjda ljuset ger information om t.ex. cellstorlek, form och täthet. Kombinerat med fluorescensmätning kan antalet celler och om de är levande beräknas. I de här aktuella försöken användes bakteriers autofluorescens (infärgning behövs inte då) och då kan koncentrationen av bakterier i aktuellt vatten övervakas kontinuerligt. Försöken har utförts vid ett vattenverk i Nagasaki, Japan och resultaten presenteras i den nu lästa rapporten.
Av: Thor Wahlberg
Beredningen i vattenverket, där försöken genomfördes, består av två flockningsenheter, följt av fyra lamellsedimentringsbassänger och sex snabbfilter. Råvatten tas från en flod och en sjö och blandas i intaget till vattenverket. Polyaluminiumklorid (PAC) används som fällningskemikalie. Varje snabbfilter är två-media bestående av 0,30 m antracit och 0,35 m sand (d10= 0,6 mm och UC = 1,4). Sanden vilar mot ett bärlager på ca 0,4 m. Respektive filter har en yta av 51,5 m2. Filterhastigheten varierade under försöket mellan 1,7 till 4,8 m/h. Analysmetoden med realtids bakteriemätning, instrument se https://biovigilant.com/imd-w/, gjordes i inkommande och utgående filtrat från ett av filtren. Instrumentet använder två olika våglängder för partikelräkning/storlek och för autofluorescens där ljus reflekterat från riboflavin och NADH i bakterier detekteras. Partiklar >0,3 µm detekteras. Parallellt med dessa mätningar så användes infärgning och räkning av bakterier med epifluorescense mikroskopering och odling av bakterier på agarplatta, s.k. HPC (heterotrophic plate count). Ett av snabbfiltren användes för att utvärdera avskiljning av bakterie. Utgående vatten från sedimenteringsbassäng 2 användes för mätning/provtagning av inkommande vatten till snabbfilter. Filtrat från ett och samma snabbfilter användes under hela försöket. Under försöket backspolades snabbfiltren en gång var tredje dag under en hel timmes backspolning. Beroende på att vattenkvalitén varierar under året så varierar filtreringstiden. Vid de kontinuerliga mätningarna så fås interferens med DOC (löst organiskt material) i vattnet och därför görs en spädning i analysinstrumentet med ultrarent vatten. Totalt behövs 10 ml/min för analysen. Stickprov för manuella analyser togs ut några ggr per vecka. Kvarvarande klor, 0,3 – 0,6 mg Cl2/l, deklorerades med tiosulfat i proven. Log-avskiljning för bakterier beräknades med log10(A/B) där A och B är antal bakterier i inkommande och utgående vatten från filtret. Försöken pågick i åtta dagar. Under denna period varierade flödet in i vattenverket från 800 till 1200 m3/h. Råvatten från älven var hela tiden 800 m3/h och överstigande mängd togs från sjön. Dosen av PAC var 6,3 – 8,8 mg Al3+/l. Uppehållstiden i flockning och sedimentering varierade mellan 55 – 112 min. Efter sedimentering så tillsattes kontinuerligt klor i en dos av 1,5 – 1,7 mg Cl2/l.
Resultat och diskussioner
I inkommande vatten (efter sedimentering) till filtren varierade bakteriehalterna mellan 17 × 104 och 94 × 104 cfu/ml. Det var en samvariation mellan antal bakterier och variationer inkommande flöde till beredningen. Bakterieantal i filtratet varierade mellan 0,2 × 104 och 1,3 × 104 cfu/ml. Efter backspolning kunde en förhöjning av bakterieantalet observeras i filtratet, vilken så småningom avtog. Bakterier som inte avskiljs under backspolning och blir kvar i sandbädden har större möjlighet att passera igenom snabbfiltret. Jämförelser med andra analyser gjordes på uttagna prover. Analyser med infärgning och epifluorescense mikroskopering visade avvikande resultat gällande antal levande bakterieceller. I jämförelse med kontinuerlig mätning är mätosäkerheten större där då autofluorescensen kan variera. Författarna efterlyser forskning om orsaker till detta. Log-avskiljningen var 1,3 – 2, 2 log-enheter över tvåmedia snabbfilter under försöksperioden. Med statistisk bearbetning är sannolikheten 90% att log-avskiljningen varierar mellan 1,5 – 2,0. Medel var 1,7 med en standardavvikelse på 0,2 log-enheter.
Slutsatser
Orsaker till variationer i bakterieavskiljning klarläggs inte i denna studie och behöver ytterligare forskning. Slutsatsen är att kontinuerlig- eller on-linemätning av antal bakterier kan användas som ett känsligt och tillförlitligt verktyg för att övervaka snabbfilters avskiljning. Bakterie relaterade problem som genombrott och bristfällig backspolning kan snabbt ringas in. Motåtgärder kan vidtagas som t.ex. ökad dosering av fällningskemikalie. Ett surrogat on-linemätmetod är turbiditet. Denna är fortfarande ett komplement till den teknik som beskrivs i denna artikel. Avskiljning av protozoer (> 1 µm) kan förväntas vara större än för bakterier (> 0,2 µm). Vidare studier för snabbfiltrering med beskriven teknik kan klarlägga om bakterier kan användas som surrogat för protozoer.
Egna reflektioner
Möjligheten att övervaka log-avskiljning kontinuerligt öppnar för att ytterligare höja den mikrobiologiska säkerheten i dricksvattenproduktionen. Metoden visar den avskiljning som är baserad på bakterier och inte på partiklar generellt som i fallet med turbiditet och partikelräkning. En kombination med DNA sekvensering skulle i framtiden kunna visa på vilka bakteriekulturer som passerar filter.
Källa: Takahiro Fujioka, Tetsuro Ueyama. Fang Mingliang, Menu Leddy. Online assessment of sand filter performance for bacterial removal in a full-scale drinking water treatment plant. Chemosphere, vol 229 (2019) p 509 – 514.
