Desinfektion på ledningsnätet

Transkript

1 VA-Forsk rapport Nr Desinfektion på ledningsnätet effekten på dricksvattenkvaliteten Jesper Olsson VA-Forsk

2 VA-Forsk VA-Forsk är kommunernas eget FoU-program om kommunal VA-teknik. Programmet finansieras i sin helhet av kommunerna, vilket är unikt på så sätt att statliga medel tidigare alltid använts för denna typ av verksamhet. FoU-avgiften är för närvarande 1,05 kronor per kommuninnevånare och år. Avgiften är obligatorisk. Nästan alla kommuner är med i programmet, vilket innebär att budgeten årligen omfattar drygt åtta miljoner kronor. VA-Forsk initierades gemensamt av Svenska Kommunförbundet och Svenskt Vatten. Verksamheten påbörjades år Programmet lägger tonvikten på tillämpad forskning och utveckling inom det kommunala VA-området. Projekt bedrivs inom hela det VA-tekniska fältet under huvudrubrikerna: Dricksvatten Ledningsnät Avloppsvattenrening Ekonomi och organisation Utbildning och information VA-Forsk styrs av en kommitté, som utses av styrelsen för Svenskt Vatten AB. För närvarande har kommittén följande sammansättning: Anders Lago, ordförande Olof Bergstedt Roger Bergström Daniel Hellström Stefan Marklund Mikael Medelberg Anders Moritz Peter Stahre Jan Söderström Göran Tägtström Agneta Åkerberg Steinar Nybruket, adjungerad Thomas Hellström, sekreterare Södertälje Göteborgs VA-verk Svenskt Vatten AB Stockholm Vatten AB Luleå Roslagsvatten AB Linköping VA-verket Malmö Sv Kommunförbundet Borlänge Falkenberg NORVAR, Norge Svenskt Vatten AB Författaren är ensam ansvarig för rapportens innehåll, varför detta ej kan åberopas såsom representerande Svenskt Vattens ståndpunkt. VA-Forsk Svenskt Vatten AB Box Stockholm Tfn Fax svensktvatten@svensktvatten.se

3 VA-Forsk Bibliografiska uppgifter för nr Rapportens titel: Title of the report: Desinfektion på ledningsnätet effekten på dricksvattenkvaliteten Disinfection on the distribution system the effect on the quality of drinking water Rapportens beteckning Nr i VA-Forsk-serien: Författare: Jesper Olsson, VA-ingenjörerna Renare Vatten RV AB VA-Forsk-projektnr: Projektets namn: Projektets finansiering: Desinfektion på ledningsnätet dess skenbara effekt VA-Forsk, VA-ingenjörerna Renare Vatten RV AB Rapportens omfattning Sidantal: 100 Format: A4 Sökord: Keywords: Klorering, desinfektionsmetod, mikrobiell tillväxt, alternativa desinfektionsmetoder, distributionssystem, BDOC, kloröverskott, heterotrofa bakterier Chlorination, disinfection method, microbial growth, alternative disinfection methods, distribution system, BDOC, chlorine residual, heterotrophic bacteria Sammandrag: Abstract: Målgrupper: Omslagsbild: Rapporten beställs från: Rapporten beskriver för- och nackdelar med olika former av slutdesinfektion och betydelsen för desinfektionens inverkan på dricksvattenkvaliteten i distributionsnät. Kloreringens betydelse har undersökts utifrån en teoretisk hypotes som beskriver hur mikrobiell tillväxt i dricksvattnet varierar med kloröverskottet. The report examines the advantages and disadvantages with different types of disinfection and the importance that disinfection has for the quality of drinking water in distribution systems. The influence of chlorination has been examined from a theoretical hypothesis that describes how microbial growth varies with the chlorine residual. Personal vid vattenverk, VA-konsulter, VA-forskare vid universitet och högskolor Insidan av en dricksvattenledning. Fotograf: Karl-Ivar Johansson Finns att hämta hem som pdf-fil från Svenskt Vattens hemsida Utgivningsår: 2005 Utgivare: Svenskt Vatten AB Svenskt Vatten AB Grafisk formgivning: Victoria Björk, Svenskt Vatten

4 Förord Klor har man under lång tid använt som desinfektionsmetod vid svenska vattenverk. Det är nu intressant att undersöka om klorering och andra desinfektionsmedel av denna typ kan avskaffas tack vare att vi redan har en god råvattenkvalitet. I detta VA-Forsk projekt har man inbördes studerat ett antal vattenverk med tillhörande distributionssystem och jämfört dem i syfte att kartlägga desinfektionsförfarandet och bedöma efterdesinfektionens relevans för att få ett säkert och gott vatten i tappkranen. Projektet arbetades fram och ansöktes av Torsten Hedberg och Lennart Martinell. Sedermera ingick Torsten Hedberg i projektets referensgrupp. Projektorganisationen har utgjorts av projektledare samt tillhörande referensgrupp. Dessutom har vattenverkens driftpersonal bidragit med data enligt deras provtagningsprogram samt uppgifter om verken och dess distributionssystem. Tidigare involverade projektledare har varit Susanna Öhman och Thor Wahlberg. Dessa har sammanställt enkätsvar och bearbetat data samt sammanställt en del av rapporten. Referensgruppen har förutom Torsten Hedberg, professor vid Chalmers tekniska högskola, utgjorts av Mats Engdahl, Göteborgs VA-verk. Gruppen har bidragit med värdefulla kommentarer under projektets gång. Susanne Larsson från Luleå Tekniska högskola har bidragit med information från fem av de studerade vattenverken. Slutligen har alla involverade från de olika vattenverken bidragit med mycket information och varit ett bra stöd under projektets gång. Vällingby juni 2005 Jesper Olsson VA-ingenjörerna AB 3

5 4

6 Innehåll Förord Sammanfattning Summary Inledning Problemställning Vad står att finna i litteraturen? Mätning av återväxtpotential Beskrivning av hypotes Synen på desinfektion utanför Sverige Synen på desinfektion i Norden Den svenska desinfektionsfilosofin Undersökningens syfte Undersökningens omfattning Resultatens tillförlitlighet Kriterier för urval av distributionssystem Desinfektionsmetoder Klorgas och Natriumhypoklorit Kloramin Klordioxid UV-desinfektion Ozon Effekten av olika desinfektionsmedel Kommuner i studien Karlskrona kommun/karlskrona Vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvatten från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat Diskussion Kinda kommun/rimforsa vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat Diskussion Kiruna kommun/tuolluvaara vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat

7 3.3.5 Diskussion Laxå kommun/laxå vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat Diskussion Lycksele kommun/gammplatsens vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat Norrvatten Järfälla/Görvälns vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet Sammanställning av analysresultat Klagomålsstatistik Diskussion Växjö kommun/sjöuddens vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat Klagomålsstatistik Diskussion Örebro kommun/skråmsta vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat Klagomålsstatistik Diskussion Östersunds kommun/minnesgärdets vattenverk Råvattenkvalitet Utgående dricksvattenkvalitet från vattenverket Distributionssystemet samt problem på systemet Sammanställning av analysresultat Diskussion Jämförelser mellan vattenverken Diskussion Sammanfattande slutsatser för vidare diskussion Referenser Bilagor A-G

8 Sammanfattning Klorering är idag fortfarande den mest använda slutdesinfektionsmetoden i Sverige och i världen. Är klorering den metod som ger den bästa biologiska stabiliteten på drickvattnet i våra ledningsnät eller finns alternativ som ger likvärdiga resultat för att minimera mikrobiell tillväxt på distributionssystemen? På grund av den resistens som protozoer uppvisat mot klor samt de bioprodukter som bildas vid klorering har intresset ökat för att använda alternativa desinfektionsmetoder. Inhämtade data från olika länder har visat att ozon, klordioxid och UV-ljus är de tre alternativen som används mest. Flera länder har också börjat använda membranfiltrering som ett fysiskt alternativ till klorering. Denna studie har syftat till att undersöka för- och nackdelar med olika former av slutdesinfektion däribland klorering och betydelsen för slutdesinfektionens inverkan på dricksvattenkvaliteten i svenska distributionsnät. Dessutom har kloreringens betydelse på dricksvattnet i ledningsnäten undersökts utifrån en teoretisk hypotes framtagen av Prévost et al (2000) som beskriver hur mikrobiell tillväxt på ledningsnätet varierar med det totala kloröverskottet. Enligt hypotesen reduceras antalet mikroorganismer efter tillsatt klordos och är få när vattnet lämnar vattenverket. Klor sönderdelar organiskt material och skapar biologiskt lätt tillgängligt kol. Ute i distributionssystemet ökar den mikrobiologiska aktiviteten eftersom det finns lätt tillgänglig näring samtidigt som desinfektionseffekten avklingat. När näringen förbrukats minskar tillväxten igen. Hypotesen jämförs med nio verkliga distributionssystem i Sverige. Resultatet har visat att hypotesen inte går att styrka i verkliga distributionsnät. Ett minskande kloröverskott visar sig ge en ökad tillväxt av bakterier på ledningsnäten. Detta ökar vikten av att upprätthålla ett kloröverskott i svenska distributionssystem för att bibehålla vattnets biologiska stabilitet. Det är högst troligt att det inte enbart är näringsämnen i vattnet som påverkar tillväxten av mikroorganismer i ledningsnäten. Även andra faktorer som ledningskorrosion, biofilmstillväxt i ledningar, ledningsnätets kondition och inverkan från högreservoarer spelar in. Då olika slutdesinfektionsmetoder jämförts med varandra på samma distributionssystem går det att konstatera att kloramin ger lägre tillväxt av bakterier än vanlig klorering. UV i kombination med kloramin gav lägre tillväxt av långsamväxande bakterier än klordioxid i kombination med kloramin. Då olika slutdesinfektionsmetoder jämförs mellan vattenverken som ingått i studien kan man konstatera att verk med UV-desinfektion, UV-desinfektion i kombination med kloramin samt enbart kloramin verkar ge den minsta mikrobiella tillväxten på ledningsnäten. Dock har verken med dessa slutdesinfektionsmetoder också vatten som troligtvis innehåller låga halter biologiskt tillgängligt organiskt material, vilket i sig skapar ogynnsamma förhållanden för tillväxt av bakterier ute på ledningsnäten. 7

9 Summary Chlorination is today still the most used disinfection method in Sweden and in the world. Is this the best method to give biological stability to drinking water in our distribution systems or are there alternative methods that can give the same results to minimize microbial growth? Because of the resistance that protozoa has shown against chlorination and the by products that chlorination can form alternative disinfection methods have been more interesting to use. Data from many countries have shown that ozone, chlorine dioxide, and UV-disinfection are the alternatives that are used most frequently. Several countries have also begun using membrane filtration as a physical alternative to chlorination. The purpose of this study is to examine the advantages and disadvantages with different types of disinfection, among them chlorination, and the importance that disinfection has for the quality of drinking water in Swedish distribution systems. The influence of chlorination has also been studied from a theoretical hypothesis built up by Prévost et al. (2000) that describes how microbial growth on vary with the total chlorine residual. Due to the hypothesis the number of microorganisms is reduced when chlorine is added and is very few when the water leaves the plant. Chlorine breaks up the organic material and creates easy biodegradable organic matter. In the distribution system the microbial actvity increases since there is easy biodegradable organic matter at the same time as the effect of disinfection residual decays. When the nourishment has been consumed the microbial growth is reduced. The hypothesis is compared on nine real distribution systems in Sweden. The results have shown that the hypothesis can t be verified in real distribution networks. When the chlorine residual is reduced the growth of bacteria increases in the distribution systems. This shows the importance of having a chlorine residual in Swedish drinking water to retain the biological stability. It is likely that it is not just nourishment in the water that influences the growth of microorganisms. Other factors as corrosion on pipes, biofilm growth, the condition of the distribution system and reservoirs are also likely to influence the growth. When different disinfection methods have been compared on the same distribution system chloramine gives a lower microbial growth than normal chlorination. UV in combination with chloramine gives a lower growth of slow growing bacteria than chlorine dioxide in combination with chloramines. When different disinfection methods have been compared between the water plants UV, UV in combination with chloramine and only disinfection with chloramine gives the lowest microbial growth on the distribution networks. The drinking water from the water plants with these methods has probably also low content of biodegradable organic matter which creates unfavourable conditions for bacterial growth in drinking water. 8

10 1 Inledning 1.1 Problemställning Under lång tid har man använt klor för desinfektion, både i form av förklorering och slutklorering före desinfektion. Klorering direkt på råvatten var vanligt före 1980, men har minskat betydligt sedan Rook (1974) påvisade att trihalometaner (THM), främst kloroform, bildades som biprodukt vid klorering av humusrikt vatten. Man hamnade i en situation att söka finna balansen mellan klorens positiva egenskap att avdöda patogener och dess negativa egenskap att bilda biprodukter. Det är en svår balans att få ett vatten som ur alla synpunkter och för alla konsumenter med olika känslighet är säkert, utan att få andra nackdelar med oxidationsprodukter eller smak av rester av desinfektionsmedel. I litteraturen framhålles tydligt att man bör skilja på desinfektion vid vattenverket och desinfektion på nätet (Trussel 1998). Huvudsyftet med desinfektion vid vattenverket är att tillverka ett vatten som är fritt från patogena mikroorganismer. Numera kan denna process utföras utan att hälsofarliga oxidationsprodukter bildas. Tidigare var man inte lika kritisk i detta hänseende, utan såg kloranvändning som i stort sett enda möjligheten. Det är dock inte bara desinfektionsprocesser som kan användas för att förbättra ett vattens hygieniska status. Även andra processer avskiljer mikroorganismer och forskning om processers så kallade barriärverkan pågår. Dessa alternativa processer är viktiga för att klorens negativa effekter kan undvikas samt att klorresistenta mikroorganismer som t.ex. Giardia och Cryptosporidium ska kunna avskiljas. Det finns en stor arsenal av fysikaliska, kemiska och biologiska tekniker för att rena vatten. Kombinationer av teknikerna använder man för att tillverka ett dricksvatten som är säkert ur hälsosynpunkt och som är kemiskt och biologiskt stabilt för att distribueras. Påpekas bör dock att vattenproduktion och distribution är ett sammanhängande system som måste värderas i ett helhetsperspektiv. Det faktum att den bästa vattenreningstekniken kan leverera att 9 patogenfritt vatten, utan eller åtminstone med mycket låga halter av mutagena eller carcinogena oxidationsbiprodukter, löser inte problemet om man måste ha ett överskott av desinfektionsmedel för att säkerställa att en god mikrobiologisk kvalitet upprätthålls under distributionen. Nya EU-normer sätter fokus på ökad kontroll av dricksvattnets hälsomässiga egenskaper vid konsumenternas kran, vilket bör ha stor betydelse för en framtida dricksvattenberednings- och distributionsteknik. Kraven på kontroll av utgående vatten från vattenverken har minskat i de svenska föreskrifter som gäller idag enligt SLV FS 2001:30. De många studier som utförts bör i och för sig vara tillräckliga för att formulera en desinfektionsstrategi, men det är trots allt intressant att undersöka om klorering och andra desinfektionsmedel av denna typ kan slopas helt i våra svenska nät. Anledningen till att man skulle kunna slopa klorering är att svenskt vatten från vattenverken har en från början hög vattenkvalitet och att desinfektionsmedlen synes ha en nästan skenbar effekt, som inte ger någon säkerhet mot allvarliga föroreningssituationer. Sådana situationer måste förhindras genom andra förebyggande åtgärder i distributionssystemet och genom regelbunden skötsel av nätet. 1.2 Vad står att finna i litteraturen? Litteraturen är numera mycket omfattande beträffande olika desinfektionsförfaranden och bildning och förekomst av desinfektions- eller oxidationsbiprodukter, som anses mutagena, carcinogena eller på annat sätt påverkar människors hälsa, samt hur man med desinfektionsmedel kan minska och kontrollera efterväxt på ledningsnätet. Nedan beskrivs en del om vad som framhålls i litteraturen. Att dricksvattenberedningen ska innehålla en eller flera så kallade mikrobiologiska barriärer är utom all diskussion i all litteratur. Däremot, finns det olika åsikter om efterdesinfektionens vara eller icke vara. Gelreich (1996) framhåller i boken Microbial Quality in Distribution Systems två faktorer som är värdefulla för leverans av ett säkert vatten; den ena är att hela tiden ha ett övertryck i distributionssystemet och den andra är att ha ett överskott av desinfektionsmedel.

11 Det råder dock olika uppfattning om behovet av desinfektion på nätet. Syftet med efterdesinfektion är allmänt att upprätthålla ett överskott av desinfektionsmedel för att hålla tillbaka biologisk efterväxt och utveckling av heterotrofa bakterier. Flera skäl har framförts i litteraturen för att ha ett desinfektionsmedelöverskott på nätet (Trussel 1998). Nedan nämns några av de vanligast framförda skälen. 1. För att hantera och kontrollera föroreningar som kan komma in i systemet. 2. För att förhindra återväxt av koliformer. 3. För att begränsa biofilmtillväxt på nätet. 4. För att förhindra spridning av opportunistiskt patogena mikroorganismer. 5. För att stabilisera drickvattenkvaliteten i systemet. 6. För att kunna använda förändringar i kloröverskott som ett mått på föroreningar. Några potentiella föroreningskällor ute på dricksvattensystemen utgörs av ledningsreparationer, dålig separation mellan avloppsledningar och dricksvattenledningar, för lågt vattentryck i ledningsnätet, gamla korroderade vattenledningar dålig spolning av ledningssystemet samt korskopplingar (Gelreich 1996). På grund av dessa olika potentiella föroreningskällor krävs det enligt Le Chevalier (1998) ett överskott av desinfektionsmedel för att inaktivera mikroorganismer som kan komma in i systemet. Det finns dock exempel på vattenverk som bland annat genom omfattande övervakning av ledningssystemet kan leverera ett dricksvatten utan att ge en ökad mikrobiologisk risk för konsumenten. Amsterdams dricksvattensystem har under en längre period levt utan ett överskott av desinfektionsmedel i ledningsnätet. Några orsaker till att detta varit möjligt är omfattande skyddsåtgärder av distributionssystemet (exempelvis procedurer för reparationer, och rengöring av ledningssystemet), upprätthålla ett tryck i systemet, undervisning av driftspersonal, kort uppehållstid av vattnet i ledningsnätet samt en omfattande övervakning av vattnets kvalitet med 170 fasta provpunkter ute på distributionsnätet (Welscher et al. 1998). Koliforma bakterier däribland Escherichia coli kan växa i den biofilm som finns inuti vattenledningar och utgöra en del av den bakteriepopulation som biofilmen består av. Detta kan vara en orsak till att man ibland får en återväxt av koliforma bakterier i det distribuerade vattnet trots att det inte kan påvisas 10 i utgående vatten från vattenverket (Gatel et al. 1998). Då väl problem uppstått med återväxt av koliforma bakterier i ledningsnätet är det mycket svårt att bli av med kolonierna som växer på insidan av ledningarna. För att minimera problemen krävs det därför ett överskott av desinfektionsmedel i vattnet (Trussel 1998). Enligt Gatel et al (2000) är det också viktigt att kombinera ett överskott av desinfektionsmedel med en god avskiljning av organiskt material i det distribuerade vattnet för att mindre än 1 % av vattenanalyserna ska innehålla koliforma bakterier. Försök på E-coli bakterier har visat att klorering (dosering med 0,5 mg Cl 2 /l) av det distribuerade vattnet har givit en god avdödningseffekt på bakterierna i vattenmassan men sämre effekt på bakterierna fixerade i biofilmen (Gatel et al. 2000). Enligt Clemant (1998) visar dock många forskningsresultat att klorering är ett ineffektivt sätt att inaktivera koliforma bakterier. Närvaro av koliforma bakterier har till och med detekterats vid kloröverskott på 8 mg Cl 2 /l i dricksvattnet. De flesta ytor som exponeras i vatten bildar biofilm bestående av en komplex sammansättning av levande och döda mikroorganismer, samt extracellulära ämnen. Biofilmtillväxten mellan fast och flytande fas är ett sätt för bakterier att överleva i miljöer fattiga på näringsämnen däribland insidan av dricksvattenledningar (Långmark 2004). Biofilm kan både gynna och orsaka problem för konsumenten. Om patogena organismer kommer in i systemet kan de fångas upp av filmen och avlida eftersom oligotrofa förhållanden råder i dricksvatten. På detta sätt kan biofilmen agera som en mikrobiologisk barriär mot en extern föroreningskälla. Vissa patogena mikroorganismer kan i sig leva och växa i biofilm. Då delar av filmen slits loss och följer med dricksvattnet upphör dess barriärroll att fungera och den blir istället en källa till nedsatt vattenkvalitet för konsumenten. Vad finns det då för åtgärder att minimera biofilmstillväxten i våra ledningssystem? Nedan följer några exempel på förslag till åtgärder (Trussel 1998): 1. Minimera mängden biologiskt nedbrytbart löst organiskt kol (BDOC) i behandlat dricksvatten. 2. Använd bara inert material i distributionssystemet och i konsumenternas dricksvatten ledningar. 3. Rengör och byt ut gamla ledningar. Nya ledningssträckningar ska vara av inert material. 4. Minimera föroreningar vid ingrepp i ledningssystemet.

12 5. Förbättra övervakningsteknik. 6. Förbättra reservoarers design. 7. Undvik ledningsmaterial som gynnar biofilmstillväxt. Ett överskott av desinfektionsmedel på nätet är också ett alternativ att minska tillväxten av biofilm. Dock är bakterier i filmen upp till 200 gånger mer resistenta för desinfektion än bakterier i vattenfasen. Dessutom påvisas det i studier att medelkoncentrationen av desinfektionsmedel i en etablerad biofilm är endast 20 % av den detekterade halten i vattenfasen. Biofilm är en heterogen uppbyggnad av många olika bakteriearter som är mer eller mindre resistenta mot desinfektionsmedel. På grund av detta får man en otillräcklig penetreringen av biofilmen med ett överskott av desinfektionsmedel (Långmark 2004). Dricksvatten är huvudsakligen en oangenäm miljö för patogena organismer. Dock har opportunistiska patogena bakterier visat sig vara betydligt mer tåliga och klara en tillväxt i dricksvattensystem. Bland annat kan bakterier som t.ex. Legionella och Escherichia coli tillväxa i encelliga protozoer, huvudsakligen amöbor, som bland annat lever i biofilmen på insidan av dricksvattenledningar. De flesta protozoer i dricksvattensystem är icke-parasitiska. Dock finns det ett fåtal arter, oftast frisimmande, som kan orsaka infektioner (Långmark 2004). Definitionen av opportunistiskt patogena mikroorganismer baseras på två parametrar, mottagaren av mikroorganismen och själva mikroorganismen. När mottagaren är frisk kan få parasitära organismer invadera individen. Om mottagaren dock har ett försämrat immunförsvar på grund av sjukdom är det ett antal organismer som kan attackera mottagaren. Dessa organismer kallas för opportunistiskt patogena mikroorganismer. Enligt Trussel (1998) krävs ett överskott av desinfektionsmedel för att minimera risker för opportunistiska patogena mikroorganismer i ledningsnätet. Dock är det enligt Trussel (1998) svårt att med hjälp av dagens vattenreningstekniker producera ett dricksvatten som är helt riskfritt för personer med nedsatt immunförsvar. Måttliga överskott av desinfektionsmedel, 0,1 0,2 mg/l ger effekt på vissa bakterier, men väsentligt högre överskott krävs för t ex. protozoer. (van der Kooij et al. 1998; Gatel et al. 2000). För att få ett biologiskt stabilt vatten krävs det inte bara ett överskott av desinfektionsmedel utan även andra komponenter spelar in för att bibehålla den 11 stabila kvaliteten på nätet (Trussel 1998). Eftersom ett ledningssystem är komplext med olika material på ledningar, olika uppehållstid på vattnet finns det många olika miljöer som mikroorganismerna kan välja mellan. Den viktigaste miljön är ytor i kontakt med vatten där de mest konkurrenskraftiga mikroorganismerna kommer att växa till och skyddas. I gränserna mellan yta och vattenfas kommer organiskt material från vattnet och ledningsmaterialet att samlas och utnyttjas för mikroorganismernas tillväxt. Det är därför viktigt att minimera mängden organiskt material samt att välja ledningsmaterial som inte gynnar tillväxt av biofilm för att bibehålla den biologiska stabiliteten i vattnet. Exempel på ledningsmaterial som gynnar tillväxt är mjukgjorda plaster, lösningsmedelsinnehållande material eller material med andra tillsatsämnen (Stenström 2004). Enligt Gatel et al (2000) kan överskottet av desinfektionsmedel i olika delar av ett ledningssystem användas som en direkt parameter för driftspersonal att detektera en eventuell förorening. Om det inte finns ett överskott kan detta vara en indikation på att en extern mikrobiell förorening. Trussel (1998) anser att detta är ett dåligt argument för att behålla ett överskott av desinfektionsmedel eftersom det finns flera andra orsaker till att ett överskott försvinner, som t.ex. gamla ledningar och reservoarer. Grundvatten har många gånger ansetts vara ett vatten som ej behöver desinficeras överhuvudtaget. De naturliga reningsprocesserna sker under relativt lång tid, varför halten patogena bakterier och organiska ämnen är mycket låg, vilket bidrar till en låg efterväxtpotential. Trots detta kan faktiskt heterotrofa bakterier utvecklas i distributionsnätet. Grundvattensystemet är lika känsligt som ett ytvattenförsörjt distributionssystem om en allvarlig föroreningssituation uppträder. Det kan faktiskt i en föroreningssituation vara så att distributionsnät med utvecklad biofilm kan hantera en bakteriell förorening bättre än ett renare system. Gatel et al. (2000) visar detta genom försök på två olika vatten. Det ena vattenverket levererar ett nanofiltrerat vatten med ett lågt organiskt innehåll (DOC=0,3 mg/l, BDOC var inte detekterbart) och det andra vattenverket levererar ett vatten som är kolfiltrerat. E-coli doserades och antalet bakterier minskade snabbare i det kolfiltrerade vattnet. Detta tyder på att en större förekomst av protozoer samt närvaro av bakteriofager eller exoenzymer i det kolfiltrerade vattnet, begränsade utvecklingen av E-coli.

13 Beträffande olika beredningsprocesser av dricksvatten känner man deras funktion att fungera som mikrobiologiska barriärer och dess förmåga att främja biologiska processer. Kraftiga oxidationsprocesser, t.ex. ozonering, bryter ner mikrobiologiskt svårnedbrytbara substanser till lättnedbrytbara, samtidigt som de är effektiva desinfektionsmedel (tex. Glaze & Weinberg 1993). Eftersom ozon är relativt kortlivat kan det stimulera en biologisk aktivitet efter det att avdödningseffekten avtagit. Det är därför viktigt att kombinera ozonbehandlingen med ett biologiskt steg för att på så vis få ett biologiskt stabilt vatten med lägre halt av organisk substans och följaktligen minska eller slopa desinfektion på nätet. Även klor har egenskapen att förändra fulvosyrors molekylstorlek mot mindre molekyler med högre polaritet, vilket kan ge högre biologisk nedbrytbarhet (Hambsch et al. 1993). I naturliga vatten överväger fulvosyror över humussyror, varför klorens effekt kan vara stor, (Langvik & Holmbom 1994). Skillnaden mellan ozon och klor är dock stor vad beträffar bildande av oxidationsprodukter. Ozon används normalt som oxidationssteg i en processkedja och därmed kan bildade produkter åtminstone delvis avlägsnas i t.ex. aktiva kolfilter eller långsamfilter, medan klor normalt används i slutet av reningsprocessen, vilket i sin tur betyder att lättnedbrytbara ämnen går ut i distributionsnätet. Även Hambsch et al påpekar att användning av klor eller klordioxid i likhet med ozon ger en ökning av bakteriell återväxtpotential. Råvattenkvaliteten i relation till den valda reningsmetoden har stor betydelse, dels för att skapa mikrobiologiska barriärer vid vattenverket, men också för att minimera efterväxt på nätet med eller utan överskott av desinfektionsmedel (Schmidt et al. 1998). Trots en lång tids forskning för att begränsa efterväxt i ledningsnät kan man inte helt förhindra den, möjligen begränsa den (Le Chevalier 1998). Biofilm kommer alltid att finnas, men ju mer näringsfattigt vatten man producerar desto mer oligotrofiska bakterier kommer att dominera Mätning av återväxtpotential Det finns flera indirekta sätt att mäta ett vattens återväxtpotential; AOC (Assimilerbart organiskt kol), BDOC (biologiskt nedbrytbart löst organiskt kol), 12 HPC (antal heterotrofa bakterier), men även PO 4 -P (fosfatfosfor). Ett av de primära målen för vattenbehandling är att minimera mängden naturligt organiskt material för att inte gynna tillväxten av bakterier under distributionen av vattnet. För att kunna mäta mängden naturligt organiskt material som är tillgängligt för bakterier finns det idag två internationella standarder: AOC och BDOC (Levi 2004). En metod för att mäta AOC har tagits fram av Van der Kooij (1992) som innebär att två bakteriekulturer odlas i det dricksvatten som ska undersökas. Den maximala tillväxten av bakterierna jämförs sedan med en kalibreringskurva där acetat i olika koncentrationer har tillförts vattnet. AOC-halten indikerar kvantiteten av kol som kan bli assimilerade av bakterier. För att få ett biologiskt stabilt vatten får AOChalten inte överstiga 10 µg acetat-c/l (Van der Kooij 1992). Så låga halter kan enligt Van der Kooij (1992) fås med hjälp av biologisk filtrering i vattenberedningsprocessen. Hur korrelerar då AOC-halten med tillväxten av HPC (antalet heterotrofa bakterier)? Van der Kooij (1992) har visat på ett samband mellan de två parametrarna. Yeh m.fl. (1998) har också visat på ett samband i en studie där tre olika distributionssystem med olika halter AOC undersöktes. Låga AOC-tal gav i studien mindre antal heterotrofa bakterier i systemet medan i system med högre AOC-tal fanns det ett högre antal heterotrofer trots att mer klor doserades. I rapporten Mikrobiell tillväxt- från råvatten till kran i dricksvattensystem av Stenström och Szewzyk (2004) har beräkningar på vattenverk och distributionssystem i Stockholmsområdet visat att det inte finns en korrelation mellan AOC-halten i vattnet och mängden heterotrofa bakterier både snabbväxande och långsamväxande. Gibbs m.fl. (1993) är också tveksam till att ett entydigt samband existerar mellan AOC-halten och HPC. I en studie för att mäta den mikrobiella tillväxten av finskt ytvatten innehållandes relativt höga halter AOC kunde det konstateras att AOC-halten korrelerade dåligt med HPC-mängden. Dock ökade tillväxten av bakterier då fosfatfosfor tillsattes proven (Miettinen et al. 1997). Vid mätning av BDOC placeras ett prov av dricksvattnet i kontakt med representativ biokultur. Mängden DOC (löst organiskt kol)) analyseras i provet vid försökets start. DOC bryts sedan ner och bildar

14 koldioxid och ny biomassa. När nedbrytningen avstannar finns det en viss mängd DOC kvar i provet. Genom att subtrahera denna mängd från ursprungsmängden i provet fås halten BDOC i provet (Block et al. 1992). Det har visats att ett biologiskt stabilt vatten fås om BDOC-halten understiger 0,2 mg C/l (Levi 2004). Vid en jämförelse mellan metoderna för mätning av AOC och BDOC har det visat sig att halten assimilerat organiskt material är den lättaste fraktionen av BDOC-halten (Levi 2004). Normalt anses AOC och BDOC vara de näringsämnen som är begänsande för mikrobiell tillväxt. Dock har ett antal studier visat att även PO 4 -P-halten (fosfatfosfor) påverkar efterväxten av bakterier. I en av dessa studier undersöktes ett infiltrerat sjövatten som hade behandlats med kemiskt fällning och filtrering. Vattnet togs före desinfektionssteget och innehöll därför inget överskott av desinfektionsmedel. Bakgrundshalten av fosfatfosfor var 0,19 µg PO 4 -P/l. Direkta mätningar av biofilmstillväxten i vattnet genomfördes på ett separat flöde av 1, 2, och 5 µg PO 4 -P/l tillfördes vattnet. Dessutom utfördes ett kontrollexperiment med vatten som endast innehöll bakgrundhalten av fosfatfosfor. Resultaten visade att redan vid en tillsats på 1 µg PO 4 -P/l dubblerades antalet bakterier i biofilmen jämför med kontrollexperimentet. Fosfortillsatsen på 2 µg PO 4 -P/l gav ungefär samma bakterieantal som tillsatsen av 1 µg PO 4 -P/l. Då 5 µg PO 4 -P/l tillsattes vattnet ökade bakterieantalet ytterligare jämfört med tillsatsen av 1 µg PO 4 -P/l. Detta visar att redan vid mycket låga halter av fosfatfosfor i vattnet kan återväxt gynnas (Lehtola et al. 2002). Enligt Sathasivan m.fl. (1997) och Miettinen et al. (1997) infaller den maximala mikrobiella tillväxten vid fosfathalter på 5-10 µg PO 4 -P/l. Lehtola et al. (1999) visade i en jämförelse mellan olika typer av vatten att ett obehandlat grundvatten hade de högsta halterna av mikrobiellt tillgängligt fosfor. Trots generellt låga halter av AOC i grundvatten kan istället fosfatfosfor vara ett näringsämne som gynnar återväxt. Lehtola et al. (1999) föreslår därför att det är nödvändigt att reducera fosforhalten i obehandlade grundvatten för att minska återväxtpotentialen. Enligt Sathasivan m.fl. (1999) är fördelarna med fosfatfosfor som näringsämne dess lätthet att kontrollera och styra eftersom det enbart kommer med dricksvattnet från vattenverket. Reningsmetoder 13 som reducerar fosfatfosforhalten i vattnet är enligt Sathasivan m.fl. (1997) kemisk fällning med efterföljande sandfiltrering. Ett direkt sätt att få svar på mikrobiologiskt tillväxt är att mäta BFP eller biofilmsbildningspotentialen. De metoder som finns för att mäta BFP är inte standardiserade men de kan ändå vara till hjälp vid val av vattentäkter och beredningsmetoder. En nackdel med metoderna är att de måste utföras av samma person för att inte resultaten ska variera för mycket. En av metoderna är framtagen av Van der Kooij och Veenendaal (1992). Denna bygger på att mäta tillväxten av biofilm på glasringar. Genom att mäta ATP-innehållet (Adenosin Tri Fosfat) i biofilmen regelbundet under en längre period, ca 150 dygn, kan BFP sedan beräknas. ATP-molekylen uppträder i alla levande organismer där den transporterar energi i metaboliska reaktioner. Le Chevallier (1998) diskuterar de olika analysmetoderna, deras svårigheter, variationen av analysresultat och inbördes korrelationer mellan de olika parametrarna beroende på råvatten och reningsprocesser. Den bildning av biologiskt tillgängligt material som sker vid desinfektion är komplex och visar olika mönster i olika vatten. 1.3 Beskrivning av hypotes Prévost et al (2000) presenterar en hypotes om hur mikrobiell tillväxt på ledningsnätet varierar med det totala kloröverskottet (se figur 1.3.1). Enligt hypotesen reduceras antalet mikroorganismer efter tillsatt klordos och är få när vattnet lämnar vattenverket. Desinfektionsmedlen sönderdelar organiskt material och skapar biologiskt lätt tillgängligt material. Ute i distributionssystemet ökar den mikrobiologiska aktiviteten eftersom det finns lätt tillgänglig näring samtidigt som desinfektionseffekten avklingat. När näringen förbrukats minskar tillväxten igen. Hypotesen baseras på HSB-modellen i kombination med Sancho-modellen beskriven i nedanstående stycke. Med hjälp av de olika modellerna kan kloröverskottet i ett simulerat ledningssystem jämföras med BDOCkoncentrationen, bakterietillväxten i vattnet samt tillväxten i den fixerade biofilmen i ledningsnätet. HSB-modellen framtagen av Servais m.fl. (1995a) går ut på att karakterisera vilka typer av BDOC som

15 finns i ett dricksvatten. Genom en indirekt metod att mäta bakterietillväxten kan BDOC delas i in i tre olika klasser: substrat direkt tillgängliga för bakterier, substrat som lätt kan bli hydrolyserade av bakterier och substrat som är svåra att hydrolysera för bakterierna. När hypotesen togs fram karakteriserades BDOC i två dricksvattentyper. Ett råvatten från Atwater Treatment Plant med en låg TOC-halt (<2,8 mg/l) och en alkalinitet på 90 mg CaCO 3 /l samt ett högkvalitativt sjövatten med låg DOC-halt (<2,5 mg/l) och en låg alkalinitet (<15 mg CaCO 3 /l). När väl karakterisering av BDOC har tagits fram kan Sancho-modellen framtagen av Servais m.fl. (1995b) användas för att simulera återväxtpotentialen i ett teoretiskt distributionssystem. En mer detaljerad beskrivning av HSB-modellen och Sancho-modellen finns beskriven i bilaga A. I figur visas ett exempel på hur hypotesen grafiskt kan se ut. Hur ser då näringsmängden för bakterierna ut före desinfektionen? Ett exempel där man har genomfört studier på detta är vid Görvläns vattenverk som levererar vatten till 13 medlemskommuner i norra Stockholmsområdet. Då råvattnet kommer in reduceras mängden BDOC i vattnet genom kemisk fällning med aluminiumsulfat, med efterföljande sedimentering och sandfiltrering. Därefter går vattnet genom ett kolfilter där halten BDOC reduceras ytterligare. När sedan vattnet desinficeras med UV och monokloramin ökar BDOC-halten till ett värde som är mer än inkommande råvatten (Aleljung april 2005). I figur visas en schematiskt bild över hur BDOC-halten varierar mellan de olika stegen. 1.4 Synen på desinfektion utanför Sverige Klor fortsätter att vara den huvudsakliga desinfektionsmetoden som används i världen. Dock har den Figur Hypotes över förhållandet mellan om hur tillväxten varierar med det totala kloröverskottet i ledningsnätet (Prévost el al. 2000). Figur Schematisk bild över hur BDOC-halten varierar mellan de olika beredningsstegen i Görvälns VV (Aleljung, april 2005). 14

16 resistens som protozoer uppvisat mot klor samt de desinfektions- eller oxidationsbiprodukter som bildas vid klorering skapat ett ökat intresse för andra desinfektionsmetoder. Inhämtade data från olika länder har visat att ozon, klordioxid och UV-ljus är de tre alternativen som används mest. Flera länder också börjat använda membranfiltrering som ett fysiskt alternativ till klorering (Jacangelo & Trussel 2002). I USA har klorering eller klorering i kombination med tillsats av kloramin länge varit det primära sättet att ta bort mikrobiell tillväxt i ledningsnäten. De flesta vattensystemen i USA har som mål att upprätthålla ett överskott av desinfektionsmedel på 1, 2 eller 3 mg Cl 2 /l i hela ledningsnätet. Enligt federal reglering ska ytvatten inneha minst 0,2 mg Cl 2 /l i hela ledningsnätet (Clemant 1998). Den amerikanska medvetenheten om balansen mellan desinfektion och biprodukter har de senaste åren dock blivit högre. Dessutom har oron över patogener som Giardia och Cryptosporidium ökat. Av dessa orsaker har man ökat användandet av UV och membranfiltrering. (Jacangelo & Trussel 2002). I Tyskland krävs desinfektion bara när det bedöms nödvändigt. Där man ändå använder klor, ska ett överskott på 0,1 mg Cl 2 /l vara påvisbart i hela systemet. Erfarenheten är att om man har en låg halt av organiskt material (DOC<1 mg/l) får man ofta klagomål på klorsmak och motsatt om DOC är högt överskrids THM-gränsen. Av dessa skäl har man i Tyskland på senare år ändrat princip och använder normalt inte längre desinfektion på nätet. Därför är det viktigt att ha ett övertryck i nätet och att välja ledningsmaterial, som inte ökar halten organiskt material. Före en övergång till ett desinfektionsmedelsfritt nät krävs en noggrann kartläggning. På de platser man slopat efterdesinfektion har man fått ökning av heterotrofa bakterier, som dock sedan minskat i antal efter en omställningstid av 4 6 veckor då en ny balans inställt sig (Hambsch 1998). Tidigare har klordioxid använts och man har i princip goda erfarenheter av detta. Trots detta har man i Mainz ändrat desinfektionsprincipen från att dosera klordioxid till UV-desinfektion. Skälet var att undvika desinfektionsbiprodukter i vattnet. Man var också tveksam till att ett överskott i nätet verkligen hindrar återväxt. Man anser att dricksvattenkvaliteten ut från verket och även distributionsnätets kondition är av större betydelse. Totalt sett strävar Tyskland mot ett ökat användande av UV-desinfektion samt membranfiltrering (Jacangelo & Trussel 2002). 15 I Frankrike är målet att ha så låg klordos som möjligt, runt 0,1 mg Cl 2 /l, i hela nätet. För att åstadkomma detta föreslås kloreringsstationer på flera ställen på nätet Gatel et al. (2000). Franska forskarna påpekar samtidigt problemet med att kunna upprätthålla ett lågt kloröverskott i hela nätet. För att möjliggöra detta bör vattenreningsprocessen minimera halten lättnedbrytbart material. De nämner samtidigt att det är viktigt att inneha klorering för att kontrollera icke patogena mikroorganismer. När man vidtagit alla åtgärder för att minska BDOC är klor det enda sättet att hålla mikrofloran i schack, vare sig den är patogen eller inte. En allmän iakttagelse är att distributionsnätet och de olika materialen har betydelse för hur desinfektionsmedlet bryts ner. Därför är det viktigt att inkludera distributionsnätet i en analys av desinfektionsstudier (Holt et al. 1998). Även i Frankrike har membranfiltrering och UV-desinfektion som desinfektionsalternativ ökat (Jacangelo & Trussel 2002). Vattenreningsföretag i Nederländerna strävar efter att använda så lite desinfektionsmedel som möjligt vilket resultera i låga antal klagomål på lukt och smak och låg koncentrationen av desinfektionsbiprodukter. I Nederländerna är målet att kontrollera den mikrobiella tillväxten genom att producera ett biologiskt stabilt vatten och att använda inerta material i ledningssystemen istället för desinfektion (van Lieverloo et al. 1998). I Amsterdam där man har en kraftfull rening som omfattar flera processteg, innefattande bl.a. infiltration, ozonering, avhärdning, adsorption i kolfilter och långsamfiltrering, har man sedan ett flertal år ingen desinfektion på nätet (Welscher et al. 1998). En utveckling mot en vattenberedningsteknik som innebär en rening och förbättring av vattnets biologiska stabilitet är tydlig utomlands. Detta innebär i regel att man på olika sätt får till stånd en mikrobiologisk rening, kanske också i kombination med effektivare separationsprocesser, typ membranfilter. Det är viktigt att de biologiska processerna placeras på ett förnuftigt vis i reningskedjan för att hindra eventuella mikroorganismer att komma in i distributionssystemet Synen på desinfektion i Norden Det pågår idag en undersökning som tar upp den senaste forskningen i desinfektion från bland annat

17 Sverige, Finland och Danmark samt de regelverk/ policies för desinfektionsförfaranden som finns i dessa länder. Projektet heter Erfaringar med klorering og UV-stråling for desinfeksjon av drikkevatn och leds av prof. Hallvard Ødegaard från Institutt for vann- og miljøteknikk NTNU. En tidigare kartläggning genomförd av Hult m.fl. (2000) har inhämtat information om desinfektionsförfaranden i Danmark, Finland, Island, Norge och Sverige. Nedanstående information är hämtad från denna rapport samt en uppföljande artikel skriven av Lund (2003). I de nordiska länderna, utom Island och till viss grad Danmark, används klorering som mikrobiologisk barriär vid många vattenverk. En del verk har dock gått över till alternativa desinfektionsmetoder som exempelvis UV-desinfektion. Drifterfarenheter visar att tillfälliga fel förekommer i klordoseringen i nordiska vattenverk och många anser att klorprocessen borde optimeras (Lund 2003). I Danmark baseras vattenförsörjningen så gott som uteslutande på grundvatten. Endast 4 av totalt 3300 verk använder sig av kontinuerlig desinfektion. Två av dessa desinficerar vattnet med klor. Den generella policyn är att begränsa beredningsprocesserna av vattnet så mycket som möjligt. Klorering utförs endast om det är nödvändigt. Man försöker undvika ozon som desinfektionsmedel med hänsyn till risken för bildning av bromat. I större distributionssystem föredras kloramin medan det i mindre system accepteras andra former av klor. Sjaelsö vattenverk är en föregångare med färdigbunden monokloramin som flera större vattenverk i Sverige nu tar efter. Monokloramin anses begränsa riskerna för bildning av trihalometaner (Hult et al. 2000). I Finland sammanställs för närvarande inte detaljerade uppgifter om desinfektion. Alla ytvatten desinficeras dock medan grundvatten inte gör det. Vanligen ligger kloröverskottet på distributionssystemen under 0,3 mg Cl 2 /l. Många vattenverk i Finland har mer problem med bildning av kloreringsbiprodukter än i de övriga Nordiska länderna. Möjligen beror detta på att man mer frekvent analyserar THM men det kanske också beror på att man generellt har högre humushalter i sitt råvatten. Man försöker därför i så stor utsträckning som möjligt bereda vattnet så att distribuerat vatten innehåller så låga halter organiskt material som möjligt (Hult et al. 2000). På Island finns inga nationella regler för desinfektionen. Undantaget är ett fastställt övre gränsvärde 16 på 1,0 mg Cl 2 /l som aktivt klor i distributionssystemet. De flesta vattenverken har själva utarbetat regler för desinfektionen. Desinfektion med klor förekommer normalt inte på Island. I de fall desinfektion förekommer har UV-ljus installerats (Hult et al. 2000). I Norge fanns det 1998 totalt 1559 vattenverk. Den desinfektionsmetod som användes mest var då UV-desinfektion (447 vattenverk). Därefter kom desinfektion med natriumhypoklorit (189 vattenverk). Policyn är att användningen av klorföreningar ska ske med så låga doser som möjligt. Förklorering av dricksvattnet undviks då man vill undvika kloreringsbiprodukter. Vid klorering ska vattnet efter 30 min kontakttid ha en halt av fritt klor på minst 0,02 mg/l mätt med titrimetrisk eller absorptionsspektrofotometrisk analysmetod eller 0,04 0,05 mg/l bestämt med DPD-metod och färgkomparator (Hult et al. 2000). Ett fåtal vattenverk i Norge använder ozon som desinfektionsmetod. Klordioxid förekommer inte på grund av risken för bildning av klorit (Hult et al. 2000). 1.5 Den svenska desinfektionsfilosofin I Sverige fanns det dricksvattenverk av dessa var grundvattenverk, 198 ytvattenverk, 19 vattenverk där grundvatten och ytvattnet blandas och 130 verk med konstgjord infiltration. I de största vattenverken (försörjer 90 % av befolkningen) användes det 1997 mest natriumhypoklorit som desinfektionsmedel (129 vattenverk av totalt 313 verk). Därefter kom klorgas som användes på 37 vattenverk. Endast ett fåtal vattenverk använde alternativa desinfektionsmetoder som UV-desinfektion (Hult et al. 2000). Enligt Jacangelo och Trussel (2002) läggs det idag dock mer och mer fokus på UV-desinfektion i Sverige och klordioxid fasas ut som desinfektionsmedel. Enligt Livsmedelverkets föreskrifter om dricksvatten (SLVFS 2001:30) bör råvattnets kvalitet och beredningsprocessen vara sådan att endast låga doser av klorföreningar behöver doseras. Gränsvärdet för Tjänligt med anmärkning i dricksvattnet är

18 ur estetiskt synvinkel 0,4 mg Cl 2 /l och ur hälsomässig synpunkt 1,0 mg Cl 2 /l. Några krav på kontakttid som i Norge finns inte. Inventeringar om desinfektionsmetoder på svenska vattenverk har man genomfört vid ett par tillfällen i Sverige (Guzikowski & Stenström 1996; Ranhagen et al. 1996; Stenström & Sandberg 1996). Slutsatserna från dessa undersökningar är att fördelarna med desinfektion överväger nackdelarna, men i en del kommuner har slutdesinfektionen för konservering av dricksvattnet på nätet medvetet stoppats. Möjligen har många kommuner sett sig tvingade att ha en slutdesinfektion på grund av kravet på låga halter av heterotrofer. Måhända kan man kontrollera situationen på annat sätt, t.ex. med bättre vattenreningsprocess, vilket också framförts av Guzikowski och Stenström (1996) eller genom åtgärder i ledningsnätet. I inledningen av denna rapport nämns att man bör skilja på den desinfektion som tjänstgör som mikrobiologisk barriär och den desinfektion som används för konservering av vattnet på nätet. Barriärdesinfektionen kan vara så kallad. förklorering eller mellanklorering eller bättre fördesinfektion eller mellandesinfektion, eftersom olika medel eller åtgärder kan användas. Eftersom oxidationsförfaranden med exempelvis ozon samt desinfektionsmedel skapar lättnedbrytbart organiskt material, bör dessa processer följas av processer som avlägsnar materialet innan det når ledningsnätet. I den svenska inventeringen framgår inte tydligt var i processkedjan desinfektionsmedel doseras. Detta är dock viktigt att veta eftersom det säkert har betydelse för återväxt på nätet och som följd av detta kanske slutdesinfektionen för konservering av vattnet på nätet då ytterligare måste ökas. Kruithof m.fl. (2000) visar tex. att ozon/väteperoxid-behandling kan ge höga halter av bromater, varför en sådan process ersatts med UV/väteperoxid behandling som inte ger detta problem, men som ökar halten AOC, vilket måste avlägsnas i efterföljande aktiva kolfilter. En enbart låg efterdesinfektion skyddar förmodligen inte mot allvarliga föroreningssituationer Undersökningens syfte Projektet syftar till att studera för- och nackdelar med olika former av desinfektion och betydelsen för slutdesinfektionens inverkan på dricksvattenkvaliteten i svenska distributionsnät. Informationen, som samlats in via enkäter, intervjuer och besök på vattenverk, kan ligga till grund för att skapa en desinfektionsstrategi vid våra vattenverk. Syftet med undersökningen är också att utvärdera hur väl hypotesen framtagen av Prévost el al (2000) stämmer överens med verkligheten i de olika studerade vattenverken. 1.7 Undersökningens omfattning Projektet inleddes med en enkät som sändes ut till samtliga svenska kommuner. Syftet med enkäten var att klarlägga kommunernas intresse av att bidra med material till studien samt i vilken omfattning det fanns material att bearbeta. Efter sammanställning av enkätsvaren gjordes bedömningen att intresset för dessa frågor är stort samt att det bör finnas tillräckligt med material för att genomföra en studie. Svarsfrekvensen på enkäten var 57 %. Avsikten har varit att kartlägga situationen på ledningsnätet avseende kloröverskott, antal mikroorganismer (heterotrofer bakterier 2- respektive 7- dygns, samt andra typer där data funnits) och dess variation längs nätet för att spåra eventuella typiska mönster. Det har även studerats ledningsnät där man har slutdesinfektion med klorering och ledningsnät där man inte har slutdesinfektion med klorering samt fall där man ändrat förfarande. Det är i första hand heterotrofa bakterier 7d som har studerats. Anledningen är att det är ofta denna grupp av bakterier som uppvisar variationer. Övriga grupper uppvisar generellt värden under analysgränserna. Dock går det att följa variationen i dessa grupper genom att ange andelen påvisade fall av mikroorganismerna på ledningsnäten. I studien har data enbart kartlagts från kommunernas ordinarie provtagningsprogram. Data har bearbetats från 14 distributionsnät. Parallellt med denna studie har det pågått ett examensarbete vid Göteborgs VA-verk utfört av Susanne

19 Larsson från Luleå Tekniska högskola. De 5 distributionsnäten som studerades av Susanne Larsson har inte beskrivits separat i denna rapport utan läsare hänvisas till examensarbetet (Larsson 2003). Endast i de jämförande studierna mellan vattenverken ingår alla 14 distributionsnäten. Följande analyser och uppgifter har samlats in och studerats där uppgifter har funnits: Typ av råvatten och reningsprocess. Typ av desinfektion och dos. Totalt kloröverskott. Organisk substans COD-Mn. Mikroorganismer, heterotrofer 2-dygns och 7- dygns, koliforma bakterier och E-coli bakterier. Bedömd ålder på vattnet i ledningsnät (där uppgifter om detta funnits att tillgå). 1.8 Resultatens tillförlitlighet Idealet hade varit att studera olika desinfektionsmetoder på samma råvatten. Men detta låter sig inte göras så enkelt. Att byta desinfektionsmetod är ofta en lång och kostsam process. Inte ens med samma vattenverk och samma råvatten genom hela studien kan man vara säker på att underlaget för jämförelser mellan desinfektionsmetoder blir detsamma över tiden. Variationer i råvattenkvalitet likväl variationer i beredningsresultat förekommer och påverkar också resultatet av desinfektionen. I jämförelserna mellan verkens vatten finns stora skillnader i det statistiska materialet från varje vattenverk vilket innebär att osäkerheterna i jämförelserna ökar. Storleken på vattenverken skiftar mycket och beredningsprocesserna av vattnet före slutdesinfektion skiljer sig mellan verken vilket betyder att jämförelserna försvåras. Följande faktorer skulle kunna ge ytterligare skillnader i resultaten inom och mellan vattenverkens statistiska material: Skiftande provtagningsmetodik. Förvaring och transporter av prover. Varierande provtagningstidpunkter över dygnet. Detta betyder att åldern på det vatten som analyseras skiftar och kan därmed ge olika resultat på de mikrobiologiska parametrarna. Troligtvis har olika ledningsmaterial olika påverkan på tillväxten av mikroorganismerna i ledningsnätet. 18 Högreservoarer i distributionsnäten har betydelse för åldern på vattnet vilket också innebär skiftande halter på mikroorganismer i vattnet. Påverkan från den naturliga bakteriefloran i råvatten och distributionssystem. Yttre förorening exempelvis i samband med ledningsrenovering. Eventuella spolningar och stöddesinfektion på ledningsnäten. Halten för det organiska materialet i dricksvattnet utgörs endast av COD-halten i samtliga data från vattenverken. Detta är en trubbig parameter eftersom endast en mindre mängd organiskt material som mäts med COD är tillgänglig som näring för mikroorganismerna. Vid beräkningarna av medianhalterna av heterotrofa bakterier 7d, heterotrofa bakterier 2d, koliforma bakterier, E-coli bakterier, totalt kloröverskott och COD har värden som är <1 och <10 satts till 0. I studien tas det inte hänsyn till årsvariationer i förbrukningen på de olika vattenverken. Det finns alltså ett antal parametrar som utgör osäkerhetsfaktorer i studien. Denna rapport ska därför ses som ett diskussionsunderlag som skulle kunna bli startpunkten för mera djuplodande studier och diskussioner. 1.9 Kriterier för urval av distributionssystem Vid sammanställning av enkäterna framkom ett antal intressanta distributionssystem att studera. Vid urvalet har framförallt följande faktorer beaktats: Möjligheter att bidra med material till studien (ibland har viljan funnits men inte tiden). Tillgång till digitalt material och historiska data för att underlätta sammanställning av materialet. Tillgång till kloröverskottsmätningar på distributionsnätet (i de fall klor används). Regelbundna provtagningar på återkommande provtagningsplaster. Fler än enstaka provtagningsplatser. Möjlighet att studera en före och efter situation i samband med byte av desinfektionsmetod.

20 2 Desinfektionsmetoder 2.1 Klorgas och Natriumhypoklorit Natriumhypoklorit är ett starkt oxidationsmedel i form av en klar svagt gröngul vätska. Den levereras i dunkar eller andra stora behållare. Vissa vattenverk tillverkar egen natriumhypoklorit genom elektrolys av natriumklorid (koksalt). Hypokloriten har en starkt oxiderande effekt och kan tillföras vattnet direkt eller i utspädd form. Klorgas levereras i tryckbehållare. Före doseringen blandas gasen med spädvatten och blandas sedan direkt in i vattnet som ska desinficeras. Det finns en jämvikt mellan klor och hypoklorit i vattenlösningar som är beroende av lösningens ph-värde, men oberoende om det tillsätts klor eller natriumhypoklorit till lösningen. Den jämvikten kan exemplifieras på följande sätt: Cl 2 + H 2 O HOCl + H + + Cl (1) HOCl OCl + H + (2) Vattnets totala innehåll av klorgas (Cl 2 ), undersyrlighet (HOCl) samt hypokloritjoner (OCl ) kallas också för fritt aktivt klor. Eftersom det ingår en vätejon (H + ) i ovanstående jämviktsreaktion är den ph-beroende och hur långt reaktionen går åt något håll bestäms av just ph. Mellan ph 3 6 domineras det fria aktiva kloret av undersyrlighet. Vid ph över 6 sjunker halten undersyrlighet successivt och övergår till hypokloritjoner. Vid ph över 10 domineras det fria aktiva kloret av hypokloritjoner (OCl ). Vid ph under 3 är jämvikten helt förskjuten mot klorgas (Cl 2 ). Då reaktionen kan gå i båda riktningarna innebär det att någon skillnad i desinfektionseffekten inte finns då natriumhypoklorit eller klorgas används som desinfektionsmedel. Även om dosering med klor sänker ph och dosering med hypoklorit höjer ph är det obetydliga förskjutningar på grund av vattnets buffertkapacitet. (Thureson 1996). Klorgas används normalt på större anläggningar och hypoklorit på mindre. Det finns en tendens att klorgasanvändning byts ut mot natriumhypoklorit. Orsaken är att minska den obekväma hanteringen 19 av klorgas och minimera risken för eventuella klorgasutsläpp (Guzikowski & Stenström 1996). Den undersyrlighet och hypokloritjoner som bildar det fria aktiva kloret reagerar med ett antal organiska substanser i vattnet. Antingen sker en oxidation eller en bildning av klororganiska produkter. Studier visar att approximativt 90 % av det tillsatta kloret oxiderar de organiska molekylerna och 10 % bildar halogenerade organiska ämnen (Strobel & Dieter 1990). De halogenerade biprodukterna kan indelas i följande ämnesklasser: 1. Trihalometaner (THM) 2. Klorerade fenoler 3. Halogenerade metan, etan och eten 4. Halonererade acetonitriler 5. Halogenerad polyaromatiska kolväten 6. Klorerade aldehyder och ketoner Den ämnesgrupp som uppmärksammats mest är THM. Dessa substanser går att finna i dricksvatten så fort det har klorerats, då främst som kloroform. Mängden THM som bildas är direkt beroende av kvantiteten klor som används och mängden organiskt kol i råvattnet. THM och även övriga halogenerade biprodukter är inte akut toxiska men de är irreversibelt mutanogena, vilket kan innebära en ökad risk för cancer för de personer som dricker klorerat vatten (Strobel & Dieter 1990). I Sverige har kartläggning av trihalometaner i svenskt dricksvatten genomförts av Livsmedelverket. Denna har visat att THM-halterna i de flesta fall understiger gällande svenska gränsvärden (tjänligt med anmärkning: 50 µg/l, otjänligt 100 µg/l). Halterna är betydligt lägre i Sverige än i USA beroende på att svenska vattenverk doserar betydligt lägre mängder klor än amerikanska (Guzikowski & Stenström 1996). 2.2 Kloramin Kloramin som desinfektionsmedel används vanligtvis på större ytvattenverk som har intresse av att nå ut med en desinfektionseffekt i långa ledningsnät. Kloramin har nämligen en bra stabilitet som ger en god baktericid effekt långt ut på näten. (Guzikowski & Stenström 1996).