Globalt ökar potentiellt toxiska cyanobakterier i vattenförsörjningen och är för beredning av råvatten till dricksvatten ett problem för vattenproducenter. Orsaker är klimateffekter med ökande vattentemperaturer, ökad påverkan från gödning av marker och befolkningstillväxt. Detta gäller även i tempererade klimat. Vilka faktorer som inverkar på sammansättning av cyanobakterier (det finns många varianter) och deras förekomst är komplext. Vilka är de negativa effekterna? Hotet mot människors hälsa är framförallt viktigast men också lukt och smak på dricksvatten och problem med driften av vattenverk.
Av: Thor Wahlberg
Förekomsten av cyanobakteriers giftiga ämnen som mikrocystin, cylindrospermopsin, saxitoxin och anatoxin är det viktigaste att ha kontroll över. I ca 80% av fallen med tillväxt av cyanobakterier är det också högre halter av geosmin och 2-methylisoborneol, båda lukt- och smakämnen. Dessa ämnen och framförallt anatoxin är svåra att avskilja i konventionell kemisk fällning. Andra bieffekter av ökande halter cyanobakterier är försämrad flockulering, ökad förbrukning av fällningskemikalier, ansamling av cyanobakterier i filtermedia och bildande av desinfektionsbiprodukter vid viss desinfektion genom de ökade halterna organiskt material i vattnet.
Datainhämtning och analys
Uppgifter om förekomst och antal cyanobakterier per ml prov samlades in från publicerade rapporter. Det omfattade data från 31 platser med totalt 2 140 analyser från cyanobakterieblomningar med halter från < 1000 till >200 000 celler/ml. Proverna var tagna i alla världsdelar. Data innehöll taxonomisk bestämning och beräkning av antal cyanobakterier och analys deras gifter. De senare bestod av cylindrospermopsin, mikrocystin, saxitoxin och smak- och luktämnen. Kumulativ beräknad avskiljning gjordes efter varje beredningsteg för att jämföra totalt antal celler, cyanotoxiner och lukt- och smakämnen med halterna i råvattnet. För att jämföra aggregerade set av data användes t-test*. Genom att använda minimum, medel och max för grad av avskiljning i beredningen så beräknades maximala tolerabla cellantal (MTC) baserat på guideline values (GV) för cyanotoxin och smak- och luktämnen. För till exempel Geosim och 2-MIB är GV 10 ng/l vilket är den nivå som vi människor kan detektera som smak- och luktämnen.
*) t-test är en beteckning inom statistiken där man jämför om skillnader finns mellan två normalfördelade populationer där man inte känner värdet på standardavvikelsen.
Resultat
Först redogörs för förekomsten av cyanobakterier i ytvatten globalt. Förutom Microcystis sp som återfanns i 84 % av de totalt 2 140 proverna var de fyra vanligaste cyanobakterierna Anabaena, Nostoc, Oscillatoria och Planktolyngbya. Alla är poteniella producenter av cyanotoxiner som Microcyastin, Cylindrospermopsin och Saxitoxin. Ofta återfanns flera potentiellt toxiska cyanobakterier i samma prov. Vid kraftiga algblomningar dominerade helt de toxiska cyanobakterier då totala cellkoncentrationen översteg 200 000 celler/ml. Vid lägre halter var andelen betydligt mindre. Vilka koncentrationer av till exempel mikrocystin kan så höga halter resultera i? I sammanställning av prover från sjöar i norra USA detekterades som mest 9 750 mikrogram mikrocystin per liter. Detta kan jämföras med rekommendationer på 8 mikrogram per liter i badvatten och 1 mikrogram mikrocystin per liter i dricksvatten. I ytvattentäkter vid algblomningar med cyanobakterier påverkas beredningen negativt så att sedimentering och filtrering störs, toxiner kan frigörs i dricksvattnet. Toxiner kan förekomma utanför celler och i celler. I det senare kan toxiner frigöras när cellen dör som under beredning av råvatten till dricksvatten. I den aktuella studien så sammanställdes data från 21 vattenverk för att följa den ackumulerade avskiljning i beredningen genom provtagning och analys i det sista beredningssteget. I råvattenintagen detekterades från 500 celler/ml upp till 2 100 000 celler/ml. Avskiljning av totalt antal cyanobakterier över hela beredning var i medeltal 98%. Större delen av avskiljningen gjordes över den kemiska fällningen, både med sedimentering och DAF (dissolved air flotation).
Några prover visade högre antal celler efter sedimentering och DAF vilket härleds till ackumulation i dessa beredningssteg och tidvis högre antal ut än in. Det fanns också exempel på där detta inträffade i snabbfilter. En fråga är om DAF var mer effektivt i avskiljning jämfört med sedimentering. Nu var halterna in betydligt högre i undersökta vattenverken med DAF jämfört med sedimentering, ungefär en faktor 10 högre, Avskiljning är något bättre med DAF men totalt över hela beredningen var skillnaden mycket liten. Det betydligt större antal celler i råvatten till VV med DAF gör jämförelsen svår. Hypotesen är att alger är lättare att separera med DAF då de företrädesvis flyter. GAC och UF uppvisade uthållig avskiljning >98%. Ofta föregås dessa beredningar av kemisk fällning. Författarna konstaterade att det inte är ett beredningssteg som ensamt svarar för avskiljning av bakterieceller (1 till 40 mikrometer i diameter) utan ett multibarriär system, dvs flera beredningsteg, med en ackumulerad avskiljning. Hur stod sig då avskiljningen av toxiner vilket är mycket viktigt då hälsopåverkan är stor och acceptansen från konsumenterna avgörande?
Också där kunde resultat från 21 vattenverk jämföras och även för avskiljning av lukt- och smakämnen i vattnet. Ozonering och dosering av kaliumpermanganat var effektiv att både avskilja toxin i och utanför cellen. Anledningen till ett ozonsteg är oftast ett annat än att avskilja toxiner varför dosen kan vara för låg. PAC (powdered activated carbon) användes på flera av vattenverken. Det krävdes relativt lång kontakttid för att få avsedd effekt att avskilja cyanobakteriers gifter. Återigen konstaterade författarna att multibarriär konceptet fungerade bäst för att både avskilja celler och toxiner utanför celler.
Slutsatser
I de undersökta ytvattnen så förekom flera toxiner samtidigt (egentligen bakterieceller som kan producera mikrocystin, cylindrospermopsin, och saxitoxin). Det ställer krav på effektiv avskiljning i vattenverk (VV) för olika toxiner och lukt- och smakämnen. Den undersökta effektiviteten i VV med konventionell kemisk rening varierade med vilka celler som återfanns i råvattnet, deras metaboliter och drift av processen, till exempel föroxidation, dosering av PAC etcetera Den ackumulerade avskiljningen för toxinerna var 89 %. 92% och 99%. För geosmin och 2-MIB var avskiljningen lägre, 80% respektive 62%. Negativ avskiljning pga. ackumulation i sedimentering filtrering eller recirkulering av vatten förekom i 28% av fallen. Dock överskreds inte gränsvärden i dricksvatten i något fall. MTC för VV med koagulering-flockulering-DAF var högre än för VV med koagulering-flockulering-sedimentering. I vattenverk med sedimentering kan hanteras mindre än 1 200 celler/ml av geosmin och 2-MIB producerande bakterier för att inte överskrida 10 ng/l i dricksvattnet (där vi kan känna lukt av dessa ämnen) Motsvarande för DAF är 12 000 celler/ml.
För mikrocystin är halterna av bakterieceller betydligt högre ca 74 000 celler/ml för sedimentering och ca 700 000 celler/ml vid avskiljning med DAF innan gränsvärdet för mikrocystin, 1 µg/l, passeras.
Källa: Arash Zamydai, Caitlin M. Glovers, Attika Yasir, Richard Stuetz, Gayle Newcombe, Nicholas D. Crosbie, Tsair-Fuh Lin and Rita Henderson.Toxic cyanobacteria in water supply systems: data analysis to map global challenges and demonstrates the benefits of multi-barrier treatment approaches. H2Open Journal–vol 4 No 1 p 47 – 62 – 8 (2021)
