På många håll ställs krav på reduktion av bakterier, virus och patogena protozoer vid utsläpp av kommunala avloppsvatten till rekreationsmiljöer under sommarmånaderna. Vanligtvis används E-coli och fekala coliformer som indikatorer för mikroorganismer. Artikeln belyser hur reduktionen av mikroorganismer påverkas av val av biologisk reningsprocess och typ av desinfektion och om reduktionen av indikatororganismer kan avspegla reduktionen av t.ex. olika virus.
Av: Bengt Andersson
Genom rening av avloppsvatten skall människa och miljö inte utsättas för negativa effekter av mikroorganismer som bakterier, virus och patogena protozoer. Genom ultrafiltrering och mikrofiltrering kan protozoer och bakterier avskiljas effektivt medan virus teoretiskt kan passera filtermembranen. En reningsteknologi på stark frammarsch i USA, framför allt för små och medelstora verk, är membranbioreaktorer, där membran har sänkts ned i luftningsbassängerna för att avskilja slam och partiklar. Membranen ersätter sedimenteringsbassänger och andra kompletterande separationsprocesser som används i en konventionell biologisk process.
Avsikten med undersökningen var att jämföra logreduktionen av humanvirus i en konventionell biologisk reningsprocess och i en process med membranbioreaktorer, att jämföra logreduktion av efterföljande desinfektionsprocesser samt att visa eventuella samband mellan logreduktion av indikatororganismer och logreduktion av humanvirus.
Undersökningen
Studien genomfördes vid 4 avloppsreningsverk i norra Ohio i USA. Två av verken, som båda belastades med cirka 13 000 m3/d, var uppbyggda med membranbioreaktorer och med UV-desinfektion. Ett mindre verk med en belastning av cirka 1000 m3/d var uppbyggt med en konventionell aktivtslamprocess och med UV-desinfektion. Dessutom undersöktes ett verk belastat med cirka 19 000 m3/d och uppbyggt med en konventionell aktivtslamanläggning och med klorering. Ytterligare ett mindre reningsverk var med i studien men driftstörningar vid verket under testperioden gjorde att data från verket inte användes i utvärderingen av undersökningen.
Provtagning skedde före biologisk rening, efter biologisk rening samt i utgående avloppsvatten efter desinfektion. Analyser utfördes av indikatororganismer som E-coli, fekala coliformer, enterokocker samt F-specifika och somatiska colifager. Dessutom gjordes analyser av humanvirus inkluderande adenovirus (luftvägsinfektioner), enterovirus (förkylning och polio), norovirus (vinterkräksjuka), rotavirus (magtarmkatarr) och odlingsbara virus.
Halt av och antal mikroorganismer bestämdes och logreduktionen beräknades över varje reningssteg.
Resultat
E-coli, fekal coliformer och enterokocker detekterades i samtliga prov före biologisk rening, i omkring hälften av proven efter membranbioreaktorerna och inte i något av proven efter UV-behandling. I utgående avloppsvatten från konventionell aktivtslamprocess kunde indikatororganismerna detekteras i samtliga prov liksom i avloppsvattnet efter desinfektion såväl genom UV-behandling som genom klorering.
Vad gäller bestämning av virus kunde adenovirus detekteras i samtliga prov före biologisk rening, i 45 % av proven efter membranbioreaktorerna och i 75 % av proven efter konventionell biologisk rening. I prov efter UV-desinfektion kunde adenovirus detekteras i 36 resp. 25 % efter membranbioreaktorerna resp. konventionell rening och i 75 % av proven efter klorering efter konventionell rening.
Enterovirus kunde detekteras i 90 % av proven före biologisk rening. Detektionsgränsen för enterovirus var ganska hög och en kvantifiering kunde därför endast ske i ett av proven i efterföljande reningssteg (ut från en membranbioreaktor). Norovirus kunde detekteras i cirka hälften av proven före biologisk rening och endast i totalt tre prov i efterföljande reningssteg, där samtliga resultat dessutom utgjordes av uppskattningar. Odlingsbara virus kunde detekteras i drygt hälften av proven före biologisk rening men inte i några andra prov. Rotavirus och Hepatit A-virus kunde inte detekteras i något prov.
Medianvärdet av logreduktionen av indikatororganismer var högre över biologisk rening med membranbioreaktorer (3,02 – 6,73) än över en konventionell aktivtslamprocess (1,53 – 4,19). UV-behandling efter en membranreaktor medförde en mycket liten reduktion av alla organismer utom av somatiska colifager (>2,18). UV-behandling av avloppsvattnet efter en konventionell aktivtslamprocess medförde logreduktioner högre än 3 – 4 för bakterieindikatorer och somatiska colifager men lägre reduktion av F-specifika colifager (median > 1,17) och adenovirus (median 0,24). Klorering medförde en logreduktion av bakterieindikatorer, colifager och adenovirus mellan 0,71 – 2,57.
Många resultat av logreduktion av enterovirus vid desinfektion efter en konventionell aktivtslamprocess gav inget övertygande resultat på grund av flertalet analyser var under detektionsgränsen.
Med hjälp av koncentrationsmönster för indikatororganismer och virus genom reningsprocesserna jämfördes lutningen på linjerna som sammanbinder medianvärdena för koncentrationen av organismerna efter varje process. Somatiska colifager kunde bäst representera reduktionen av virus i både en membranbioreaktorprocess och i en konventionell aktivtslamprocess. Avskiljningen av virus genom UV-desinfektion efter en membranreaktor kunde bäst representeras av avskiljningen av F-specifika colifager och E-coli. Ingen av indikatororganismer passade in för att beskriva reduktionen av virus genom desinfektion efter en konventionell aktivtslamprocess.
Slutsatser
Medianvärden för logreduktion var högre för alla undersökta mikroorganismer i membranbioreaktorer än i en konventionell aktivtslamprocess.
UV-desinfektion efter membranbioreaktorer gav mycket liten effekt på logreduktionen utom för somatiska colifager.
UV-desinfektion och klorering efter konventionell biologisk rening hade en påtagligt ökad effekt för samtliga bakterieindikatorer och för somatiska och F-specifika colifager.
Medianvärden för logreduktion av adenovirus var låga över alla desinfektionsprocesserna.
Det finns inga entydiga samband mellan reduktionen av indikatororganismer och reduktionen av virus. Reduktionen av E-coli följde samma mönster som för reduktionen vid UV-behandling av ett avloppsvatten efter en membranbioreaktor och som för reduktionen över en konventionell aktivtslamprocess.
Källa: D.S. Francy, E.A. Stelzer, R.N. Bushon, A.M.G. Brady, A.G. Williston, K.R. Riddell, M.A. Borchardt, S.K. Spencer, T.M. Gellner. Comparative effectiveness of membrane bioreactors, conventional secondary treatment, and chlorine and UV disinfection to remove microorganisms from municipal wastewaters. Water Research 46 (2012) pp 4164-4178
Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.
