Avloppsbaserad epidemiologi (WBE) förutsätter en god kontroll av avloppsvattenmängderna för att kunna räkna bakåt till antalet smittade individer. Här användes konduktivitet, ammoniumkväve och ortofosfat som mått på avloppsvattnets spädning. Uppföljning har gjorts på sex platser i Wales.
Av: Jörgen Hanaeus
Utspädning av avloppsvatten behöver ges kontroll inför användning av volymdata för spårning av virus men även för lokalisering av droger och mikroplaster.
Här föreslås en metod för att kompensera för avsaknad av eller brister i flödesdata. Den innebär att tre uppmätta avloppsparametrar: konduktivitet, ammoniumkväve och ortofosfat relateras till sina torrvädersvärden och därigenom ger en uppfattning om utspädningen.
Mätningar från sex urbana avloppsnät i Wales har givit lovande resultat. Parametrarna kan mätas kontinuerligt med elektroder till förhållandevis låga kostnader.
Bakgrund
WBE har visat sig vara en framgångsrik väg till att angripa folkhälsoproblem, bland annat polio, antimikrobiell resistens och droganvändning. De senaste åren har en världsomfattande tillämpning startat för att få kontroll över viruset SARS-CoV-2. Klinisk kontroll av antalet smittade har ofta begränsningarna att man enbart når infekterade individer med symptom och med tillgång till sjukvård.
Provtagning för detta virus i avloppsnätet görs där man finner det praktiskt, ofta i inloppet till avloppsverken. Antalet virus bestäms i WBE främst genom att räkna antalet RNA-kopior via RT-qPCR, omvänd kvantitativ PCR, men osäkerhet gäller kopplingen mellan erhållna RNA-värden och antalet smittade individer, s k normalisering. Avloppsvattnets utspädning, ”ovidkommande vatten”, och befolkningstal är viktiga faktorer att bestämma. Flödesbilden skattas ofta genom att aggregera inkommande mängder till avloppsverket på dygnsbasis. Emellertid finns bräddpunkter, överfall och ventiler, varifrån avloppsvatten inte når fram till verket, varför andra ingångar är intressanta.
Metod
Utifrån en begränsad mängd flödesmätningar har man i Wales arbetat med parameterbestämningar; avloppskvalitetens information om avloppsvolymen.
För bedömning av utspädning har tre parametrar valts:
Elektrisk konduktivitet, EC. Den är lätt att mäta och avklingar inte under rörtransport. Är dock känslig för ändringar i salthalt och kan störas av halkbekämpning och kustnära vatten.
Ammonium. Humanurin är den största källan. Kan störas av industriell matberedning. Ureans övergång till ammonium längs nätet är också en riskfaktor.
Ortofosfat. Från människors avföring främst. Kan störas av jordbruksgödsling.
Man diskuterade även Cross-assembly fag, crAssphage, som indikator, men bedömde att för detta krävs att flera delproblem löses. Det ska analyseras på liknande sätt som SARS-CoV-2 men då det är ett DNA-virus jämfört med CoV-2 som är ett RNA-virus kan det innebära olikheter i nyckelparametrar, t ex nedbrytningshastighet. Därtill blir analyserandet kostsamt och rätt tidskrävande. Utförda försök visade också att crAssphage-utfallen gav alltför stora variationer.
Mätningar
Säg att utförda flödesmätningar har givit en dagvolym Ft . Den kan jämföras med de volymer som ges av ”parametermätningar”, Mt. Om två eller tre parametermätningar ger högre värden än Ft väljes troligen ett medelvärde av de senare.
För att jämföra utfallen av flödesmätningar contra parameterbestämningar studerades 21 veckors data från sex orter i Wales med invånarantal 6 000-612 000 (Cardiff). Flöden mättes i eller nära inloppet till avloppsverk; i ett fall vid utloppet från verket (flöden från dessa mätningar under ca ett år redovisas).
Resultat
När den parameterbestämda dygnsavloppsvolymen per capita avsattes mot den flödesmätta noterades god överensstämmelse under i stort sett hela mätperioden för tre av mätobjekten. För de inledande veckorna i Cardiff blev den parameterbestämda volymen klart större; upp till 1400 L/p,d jämfört med den flödesmätarbestämda ca 700 L/p,d. För Wrexham blev under två månader i mitten av mätperioden den flödesbestämda per capita-volymen större, upp till ca 500 L/p,d, jämfört med den parameterbestämda ca 300 L/p,d. För Llangefni (ca 6 000 pe) blev de två sista mätmånadernas volym klart större vid parameterbestämning, ca 3 000 L/p,d (!) jämfört med flödesmätningens ca 1 500 L/p,d.
De uppmätta virushalterna (genkopior) kombinerades med parameterdata och jämfördes med flödesdata och resulterade i kurvor med SARS-CoV-2*106 genkopior/capita över tid för de olika orterna. Överensstämmelsen mellan flödesskattningarna var mycket god och bäst när de tre parametrarnas utfall sammanvägdes, vilket eliminerade spikar från någon av dessa.
Slutsatser
Ersättning av uteblivna eller ofullständiga flödesmätardata har varit möjlig genom användande av tre vattenkvalitetsparametrar som kan mätas i realtid och bidra till att koppla uppmätta SARS-CoV-2-data till befolkningstal.
Källa:
Wilde, H.1,2), Perry, W. B.2,3), Jones, O.1,2), Kille, P.2,3), Weightman, A. 2,3), Jones, D.L. 4,5) , Cross, G. 6) & Durance, I.2,3) (2022): Accounting for Dilution of SARS-CoV-2 in Wastewater Samples Using Physico-Chemical Markers. Water, 2022, 14, 2885. https://doi.org/10.3390/w14182885
Författarna:
1) School of Mathematics, Cardiff University, Cardiff CF24 4AX, UK
2) Water Research Institute, Cardiff University, Cardiff CF 10 3AX, UK
3) School of Biosciences, Cardiff University, Cardiff CF10 3AX, UK
4) Environment Centre Wales, Bangor University, Bangor LL57 2UW, UK
5) SoilsWest, Centre for Sustainable Farming Systems, Food Futures Institute, Murdoch University, Murdoch, WA 6105, Australia
6) Welsh Government, Cardiff CF10 3NQ, UK.
Kontakt: durance [a] cardiff.ac.uk
