Sammanfattning av IWA NOM6

En sammanfattning av International Water Associations sjätte specialistkonferens om naturligt organiskt material i vatten i Malmö 2015-09-07—10 (IWA NOM6).

Av: Kenneth M Persson, Lund

I början av september 2015 samlades drygt 240 vattenforskare med stort intresse för naturligt organiskt material i vatten till den sjätte specialistkonferensen för NOM-studier i vatten. Alla konferensens artiklar och postrar finns tillgängliga och kan laddas ned från konferensens hemsida som finns här. 

Med över 120 presentationer och postrar är det såklart ogörligt att enkelt sammanfatta allt som sades under konferensdagarna, men utifrån de teman som presentationerna grupperats i, kan också den bildade allmänheten bilda sig en ganska god uppfattning om vart NOM-forskningen är på väg:

Jämfört med tidigare NOM-möten, där det senaste NOM-mötet hölls i Perth, Australien 2013, var antalet praktiska studier något större och kopplingen till vad man kan kalla verkligheten utanför forskningslaboratorierna tydligare. Ungefär hälften av konferensdeltagarna kom från vattenindustrin i en bredare bemärkelse, medan den andra halvan hade tydlig akademisk koppling till universitet eller forskningsinstitut.

Naturligt organiskt material är givetvis inget nytt i naturen. En stor och återkommande fråga om orsaken bakom den ökande brunfärgningen av vattnet besvarades tydligt av professor Christopher Evans från Bangor University (gästprofessor vid SLU i Ultuna just nu) i hans översiktsföreläsning. Med data från vatten-pH och halt av organiskt material i vatten från Wales, Finland, Kanada, Borneo och Malaysia visade han att ett lågt pH, under 5,5 eller så, gjorde att färre molekyler var protolyserade och därmed fick lägre vattenlöslighet. Vid högre pH blev en större andel av molekylerna laddade och mer ämnen blev vattenlösliga. En ökande brunfärgningen beror på att vattnet är mindre surt. Tack vare lägre utsläpp av försurande gaser från förbränningsprocesser och trafik har regnets pH ökat vilket gör att fler organiska ämnen blir vattenlösliga.

Det ökande övergödningen gynnar produktion av alger och cyanobakterier i ytvatten. En hel del av detta material omsätts i vattnet och bidrar till stigande halt färskt organiskt kol. Med hjälp av nedbrytningsförsök undersökte forskare i Limoges i Frankrike dels hur snabbt kolet från Euglena gracilis  och Microcystis aeruginosa omsattes till andra föreningar, dels hur dricksvattenberedning med kemisk fällning och adsorption till kolfilter kunde avskilja olika föreningar. Kol från akvatiska organismer har större halt hydrofilt material medan kol från terrestert ursprung har större andel humusliknande föreningar. Även efter ett års aerob nedbrytning av det akvatiska kolet dominerade de hydrofila föreningarna, vilka är svårare att flocka bort med järn(III)- eller aluminiumsalter. Däremot kunde aktivt kol användas för kemisk adsorption av de hydrofila föreningarna (Pallier et al, 2015; Feuillade-Cathalifaud et al, 2015). Flera forskargrupper från olika delar av världen redovisade mätningar som styrkte denna bild. Akvatiskt kol är hydrofilt till sin karaktär och svårare att rena jämfört med terrestert kol. Ett sätt att mäta detta är SUVA-index. Det är den specifik absorbansen av ljus vid 254nm våglängd per halten löst organiskt kol. SUVA = A₂₅₄/DOC = [l mg^-1 m^-1]. Om ett vatten har ett högt SUVA-index tyder det på att den organiska fraktionen är lätt att fälla och att en betydande andel av det organiska materialet kommer från terrestert material.

On-linemätningar av absorbans redovisades av flera grupper. Fredrik Hallgren från Svenska miljöinstitutet IVL visade hur realtidsmätningar med hjälp av UV-absorbans kunde användas för att ta fram en multivariat statistikmodel för att bättre styra doseringen av flockningskemikalier i Norrvattens vattenverk Görväln i Järfälla. Under april månad 2015 hade Görväln drivits med stöd modellen baserad på hur halten organiskt material mätt som UV-absorbans varierade i tid. Genom den snabbare responsen från UV-modellen kunde doseringen av flockningskemikalier snabbare modifieras vilket gav en betydligt jämnare vattenkvalitet i utgående vatten (Nilsson och Hallgren, 2015).

En tydlig utmaning som NOM erbjudar alla som arbetar med vattenberedning är dess oerhörda komplexitet. Naturligt organiskt material kan se ut på väldigt många olika sätt, ha väldigt olika molekylstorlek och laddning och bestå av bara kol, väte och syre eller också innehålla fosfor, svavel, kväve, järn och mangan, bland mycket annat. Denna rikedom innebär en fröjd för den analytiska kemisten som vill kunna beskriva samtliga molekylers sammansättning och struktur med hög noggrannhet. Olika analysmetoder utvecklas därför. En viktig metod är vätskekromatografi med optisk koldetektor (LC-OCD) som utvecklats av Huber och medarbetare vid Karlsruhes universitet. Denna fraktionerar NOM efter laddning och storlek i biopolymerer, humus, humusbyggstenar och och lågmolekylära syror. Ju större andel biopolymerer och humus, desto lättare flockning. Och ju högre andel lågmolekylärt material, desto svårare. Huber själv gav en presentation och metoden hade använts av en mängd forskare och praktiker.

En annan analysmetod använder fluorescens för att bättre förstå vattnets egenskaper. Genom att excitera kolföreningar vid olika våglängder och mäta hur våglängden förskjuts då ljus emitterar från kolföreningarna blir det möjligt att få ett fingeravtryck av vattnets kolinnehåll. Olika spektrumband indikerar olika karaktäristika för föreningarna vilka redovisas i excitations-emissionsmatriser för provet, så kallade EEM. Elin Lavonens avhandling vid SLU om denna metod redovisades utförligt när den första key-noteföreläsningen hölls av professor Jean-Philippe Croué från Curtin University i Australien. Ur ett EEM kan de organiska föreningarnas ungefärliga ålder uppskattas i ”färskhetsindex”. Vidare kan andelen antroprogent material indikeras liksom om det finns proteinrester eller om kolföreningarna har sitt dominerande ursprung i mark eller i vatten. Med förfinad statistik går det att utlösa ännu mera information av EEM och i anknytning till NOM-konferensen gav Kate Murphy vid Chalmers och Colin Stedmon från Danmarks tekniska universitet en kurs i parallell faktorsanalys, PARAFAC, där EEM används för att försöka identifiera specifika ämnesgrupper och relatera dem till OpenFluor-databasen med EEM-mätningar som dessa forskare medverkat till att göra användbar. 

Bland tillämpningarna kan nämnas flera studier i hur traditionella metoder för att avskilja organiskt material från dricksvatten kan förbättras (McBeath, 2015; Eikebrokk et al, 2015, Benetti et al, 2015). Men också vad ultrafiltrering och nanofiltrering kan bidra till för att öka säkerhet och vattenkvalitet (Heidfors et al, 2015; Lidén et al, 2015; Keucken et al, 2015).

De trender som kunde utläsas från konferensen är sammanfattningsvis att organiskt material i vatten kommer att vara en central utmaning för alla dricksvattenproducenter också i framtiden. Det finns inget som tyder på att NOM kommer att bli mindre relevant vid beredning och distribution av vatten. On-linemätare kommer att användas i större omfattning för realtidskontroll av beredningsprocesser och för beslutsstöd vid processändringar. I takt med att markens pH återställs efter den sura regnperioden 1900-2000 kommer ytterligare organiskt material att mobiliseras. Analysmetoderna förfinas och det finns gott hopp om att våra efterföljare någon gång i framtiden kommer att kunna uttalas sig med hög precision om snart sagt alla ämnen som finns i ett vattenprov. Uppskattningsvis 75-80 procent av de organiska ämnen som för närvarande mäts i summaparametrar (totalt organiskt kol, TOC, kemisk syreförbrukning, COD Mn) kan bestämmas till om inte molekyl så åtminstone molekylgrupp.

Nästa NOM-konferens ville de kanadensiska vattenforskarna arrangera. Så någon gång 2017 blir det troligtvis ett NOM7-möte någonstans i Kanada. Håll ögonen öppna.