Tillämpning av QMRA (Quantitative Microbiological Risk Assessment) med värden från försök i pilotanläggningar och från vattenverk för avskiljning av mikrober i olika beredningssteg.
Av: Thor Wahlberg
Effektiviteten för avskiljning av bakterier, bakteriesporer och virus undersöktes i en pilotanläggning. Beredning bestod av koagulering och flotation, snabbfiltrering i sandfilter och desinfektion med klor och UV. Resultaten jämfördes med litteraturdata och med avskiljning vid två större ytvattenverk I Finland. QMRA metoden användes i studien för att beräkna antal sjukdomsfall orsakade av Campylobakter och Norovirus efter simulering med sex olika större fel i beredningen. T.ex. var koagulering och flotation effektivare för avskiljning av Clostridium sporer och MS2 kolifager jämfört med snabbfiltrering. När QMRA tillämpades med desinfektionen satt ur funktion ökade antalet sjukdomsfall markant jämfört med fall där de andra beredningstegen funktion försämrades. Studien visar på den stora betydelsen av indata från verkliga förhållanden, både från pilot- och fullskaleanläggningar, och ny information om tillämpningen av QMRA.
Introduktion
Som indikator av fekal påverkan används, över hela världen, främst E.Coli. De finns i fekalier från människor och alla djur. E.Coli bakterier har låg överlevnad i vatten och i beredningen från råvatten till dricksvatten jämfört med många andra mikrober. Däremot har Clostridium Perfringens mycket stor förmåga till överlevnad I olika miljöer. Den indikerar gammal och överförd fekal förorening. Kolifager har föreslagits som indikatorer av virus i vatten och används ofta som modellorganismer. Speciellt har kolifager MS2 god överensstämmelse med flertalet för människor sjukdomsframkallande virus, som t.ex. Norovirus. QMRA är en metod för att beräkna hälsoeffekter av vattenburna infektioner. I ytvattenverk finns inte möjligheten att kvantifiera avskiljningen över enskilda beredningssteg eller över hela beredningen beroende på det låga antalet mikrober. Det finns möjlighet att använda analys av virus lika partiklar, s.k. VLP analys. Det nämns inte i den artikel som redogörs för här. Resultat från pilotförsök ger, med motsvarande beredning som vattenverket och lika råvatten, mycket bättre ingångsvärden till QMRA med vars hjälp olika fel I beredningen kan simuleras.
Material och Metodik
Kapaciteten för pilotanläggningen i denna studie var 29 m3/h och den byggdes med fem beredningssteg, koagulering och flockuppbyggnad, flotation, snabbfiltrering i sandfilter, UV och klorering. Råvatten till anläggningen togs från två olika sjöar, varav en med höga färgtal och hög turbiditet. Tre spikningar gjordes med tillsatser av E. coli, Clostridium och MS2 kolifager i pilotanläggningen.
I fullskaleanläggningarna under två år, på vintern, togs prover ut för analys av Norovirus, Campylobakter, E. coli, sporer av Clostridium perfringens och kolifager. Ca femton prover togs per månad och av dessa ca tre när något beredningssteg inte fungerade fullt ut eller då kraven på utgående dricksvattenkvalité inte kunde nås. Från analysresultaten beräknades log-avskiljningen.
De erhållna värdena för log-avskiljning från pilotanläggningen och litteraturvärden användes för att undersöka möjliga hälsoeffekter pga. fel i beredningen vid vattenverken. För QMRA modellen ställdes sex olika scenarier upp, förutom normalläge. T.ex. för. beredning med koagulering och flotation var avskiljningsgraden reducerad med 50% och för desinfektion med UV plus klorering reducerad både med 0% eller 50%. Uppskattningar av dricksvattnets hälsoeffekter från fullskaleanläggningarna gjordes utifrån uppmätta halter av Campylobakter och Norovirus I råvattnet. Resultat presenterades som antal insjuknade per dygn per 100 000 personer. För att kvalitetssäkra QMRA beräkningarna så användes ett annat program, QMRAspot.
Resultat
Campylobakter och Norovirus detekterades vid sju respektive fem tillfällen i råvattnet. Endast Campylobakter efter beredningen vid ett tillfälle. Låga värden I råvatten gjorde att den beräknade log-avskiljningen blev mycket låg vilket inte speglar beredningens log-avskiljning om inkommande halter hade varit högre. Pilotförsöken, vilka är spikade med höga halter mikrober, ger en rättvisare bild. Dessutom detekterades F-specifika kolifager i alla prov efter flotation. Efter kolfiltrering i fem av elva prov. Efter UV endast Clostridium perfringens vid ett tillfälle. Den mikrobiologiska avskiljningen beräknas utifrån antal mikrober efter ett beredningsteg delat med antal före. Värdet logaritmernas.
I pilotförsöken avskildes E. coli och MS2 kolifager lika i de tre olika försöken (samma beredningssteg men med pH-justering i flockningen och med två olika råvatten). Log – avskiljningen för dessa mikrober var i intervallet log 7 – 10. För Clostridium sporer var avskiljningen lägre. Det var heller ingen signifikant skillnad mellan avskiljning före och efter desinfektion. QMRA resultaten gjordes utifrån olika scenarier med fel i beredning (beskrivs i ovanstående stycke). De i modellen inlagda försämringarna av beredningen verkar inte påverka dricksvattnets mikrobiologiska kvalitet. Det gäller även när UV och kloreringen endast fungerar till 50%.
Däremot om desinfektion inte fungerar men övrig beredning är intakt så blir effekten dramatiskt sämre med upptill 5 000 insjuknade per dygn per 100 000 personer. Effekten blir förstås ännu mer markant om inget beredningssteg fungerar. En jämförelse har också gjorts mellan värden från pilotförsök och litteratur. För UV och klorering var avskiljningsgraden högre i litteraturen jämfört med värden från pilotförsök. För övriga beredningssteg var det tvärtom. I resultaten från QMRA modellen skapar detta stora skillnader i antal insjuknade beroende på vilka värden som användes. Pilotförsökens snabbfiltrering indikerar högre log-avskiljning värden för Clostridium och E. coli jämfört med MS2 kolifager.
Ozonering är effektiv för avskiljning av E. coli men tillsammans med kolfiltrering avskiljs inte sporer av Clostridium.
Slutsatser
QMRA är ett praktiskt verktyg för att jämföra olika beredningssteg effektivitet för att reducera hälsoeffekten för konsumenterna av dricksvatten. I QMRA uppskattningar i den presenterade studien så skapade fel i desinfektionssteget flest sjukdomsfall vilket belyser betydelsen av en väl fungerade desinfektion med UV och klorering. Vidare visade resultat på det viktiga i att använda anläggningsspecifika data för att säkra god kvalité i resultaten från QMRA. Schablonvärden och litteraturdata räcke inte.
Källa: Anna-Maria Hokajärvi, Tarja Pitkänen, Pävi Meriläinen, Ari Kauppinen, Ville Matikka, Sara Kovanen, Asko Vepsäläinen and Illkka T. MiettinenDetermination of Removal Efficiencies for Escherichia coli, Clostridial Spores and F-specific Coliphages in Unit Processes of Surface Waterworks for QMRA Application Water 2018, 10, 1525, p 1 – 16.
Hela artikeln i Application Water finns att läsa gratis här.
